WO2019048152A1 - Bild-gestütztes zuordnen eines bearbeitungsplans zu einem mobileinheitsdatensatz einer mobileinheit eines innenraum-ortungssystems - Google Patents

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Jens Ottnad
Ulrich Schneider
Benjamin Schwarz
Korbinian WEISS
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Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring and controlling manufacturing processes, in particular of process sequences in the industrial production of workpieces in steel and / or sheet metal processing. Furthermore, the invention relates to a system for workpiece position monitoring in production halls of the metalworking industry, in particular in steel and / or sheet metal processing. Furthermore, the invention relates to the assignment of workpieces to process flows in the context of production control.
  • German patent applications DE 10 2016 120 132.4 ("workpiece collection unit and method for supporting the machining of workpieces") and DE 10 2016 120 131.6 (“Absortierunterstützungsvon and Flachbetttechnikmaschine ”) with filing date October 21, 2016, methods for supporting the Absortiervorgangs of workpieces produced with a flatbed machine tool, in general, methods for supporting the machining of workpieces, known ..
  • One aspect of this disclosure is based on the object of proposing methods and systems which, especially in the field of steel and / or sheet metal processing - in general metalworking - can intelligently support manufacturing processes.
  • At least one of these objects is achieved by a method for assigning a machining plan to a mobile unit data record of a mobile unit of an indoor location system according to claim 1, by a method for assigning a machining plan to a mobile unit data record of a mobile unit of an indoor location system according to claim 2, by a manufacturing control system according to claim 11, a method for industrial manufacturing of an end product according to claim 12 and the use of a manufacturing control system for the industrial machining of workpieces according to claim 13. Further developments are given in the subclaims.
  • a method for assigning a machining plan to a mobile unit data set of a mobile unit of an indoor location system of a production hall used in the industrial machining of workpieces, in particular in steel and / or sheet metal processing comprises the following steps: Providing a production control system for the industrial machining of workpieces with a machine tool according to workpiece-specific machining plans, in each of which job information for a workpiece to be machined, comprising machining parameters and workpiece parameters, is stored,
  • Image data wherein the mobile unit's associated mobile unit data record and position data of the mobile unit recorded with the indoor location system are stored in the production control system
  • a method for assigning a machining plan to a mobile unit of a mobile unit of an indoor location system of a production hall which is used in the industrial machining of workpieces, in particular in the steel and / or sheet metal processing, comprises the following steps:
  • a production control system for controlling manufacturing processes in a production hall in the industrial production of workpieces, in particular in the steel and / or sheet metal processing, in a production hall has an interior space location system for supporting the manufacturing control of the manufacturing processes with a plurality of permanently installed in the production hall transceiver units, at least one mobile unit and an analysis unit on.
  • the transceiver units and the at least one mobile unit are configured to transmit and receive electromagnetic signals
  • the analysis unit is to determine transit times of the electromagnetic signals between the transceiver units and the at least one mobile unit and to determine the position of the at least one mobile unit in the Production hall formed from the maturities of the electromagnetic signals.
  • the indoor location system is configured to communicate and provide data on the location of at least one mobile unit in the shop floor as part of the shop floor control system.
  • the manufacturing control system is further configured to execute one of the aforementioned methods.
  • a method of industrial manufacturing an end product using a manufacturing control system includes the following steps:
  • the processing steps comprising one or more of the following operations: cutting, in particular laser cutting, punching, bending, drilling, tapping, grinding, joining, welding, riveting, screwing, pressing, edge treatment and surface finishing ;
  • Another aspect relates to the use of a production control system for the industrial machining of workpieces with a machine tool according to workpiece-specific machining plans, in each of which job information for a workpiece to be machined, which includes machining parameters and workpiece parameters, is stored
  • an image acquisition unit for recording image data of a processing plan-specific object for identifying the processing plan to be assigned, wherein the mobile unit data record belonging to the mobile unit and position data of the mobile unit recorded with the indoor location system are stored in the production control system, and
  • the machining plan specific item is an order paper of the machining schedule to be assigned or a code that identifies the machining plan.
  • the machining plan-specific object is a workpiece that is affected by the machining plan.
  • a comparison of geometric data of the geometry with the image may be made. Recording workpiece recorded with in the workpiece-specific machining plans as workpiece parameters geometry data set, in particular target geometry data to be machined workpieces. Based on the result of the reconciliation, the identified processing plan can be automatically assigned to the mobile unit data record.
  • mapping the geometry data of the workpiece captured with the image capturing unit to geometry records stored in the workpiece-specific machining plans as workpiece parameters, in particular target geometry data, of workpieces can be made of machining plans presented to an operator for selecting the machining schedule to be assigned.
  • these may further comprise spatially allocating a workpiece associated with the associated machining plan to the mobile unit.
  • the mobile unit manufacturing control system may provide a workpiece parameter that is for outputting information about the workpiece associated with the mobile unit to assist in manually performing the spatial allocation.
  • the manufacturing control system may control the mobile unit to display at least one processing parameter and / or workpiece parameter on a display unit.
  • image data of the mobile unit in particular of information displayed on a display unit of the mobile unit, can also be recorded with the image capture unit with which the associated mobile unit data record can be determined.
  • workpiece collection units or workpiece assembly workpieces
  • workpiece collection units workpiece assembly
  • workpiece collection unit workpiece assembly
  • workpiece collection unit workpiece assembly
  • workpiece collection unit workpiece assembly
  • mobile unit in particular both physically (by placing the mobile unit near a work collection unit, for example, on the work collection unit) and organizationally (by digitally associating a mobile unit record with a work plan in the production control system).
  • a list of all orders can be stored.
  • Each of the jobs can be assigned to a workpiece collection unit. If, in addition, the orders are assigned to one mo bile unit, then each order in the production hall can be localized at any time. This can also be combined with feedback information from workstations and / or machines in the production control system.
  • the indoor location and the indoor location system are characterized in that the position of the mobile units can be determined solely by the analysis unit, ie without manual interaction.
  • Previous systems for locating workpieces or jobs in manufacturing facilities have the disadvantage that lost workpieces or jobs must be searched manually. It has been recognized that these manual searches, especially in manufacturing plants with a high number of small and constantly changing jobs, e.g. in contract manufacturing, account for a tremendous proportion of non-productive time.
  • the need for time-consuming manual searches of workpieces, but also of tools or persons, can thus be drastically reduced, in particular in (steel and / or sheet metal processing) industrial production.
  • the machining of the workpiece or workpieces is controlled or monitored at workplaces that are networked or integrated with the manufacturing controller.
  • Such machine workplaces include machines that receive and execute manufacturing instructions by data connection, in particular digitally. It can No or only a minimal intervention by the operator. Such machines are commonly referred to as automated or fully automated machines. Such machines can also report the status of production to a production control.
  • the machining of the work piece (s) at workplaces that are networked or not integrated with the manufacturing control to a very low degree or not at all is controlled and / or controlled. This can be jobs in which the steps are performed manually by human hands or those that probably have machines that are only to a very low degree or not networked or can be very complex networking, such. B.
  • workplaces that are networked only to a very limited extent can be manual workstations with simple machines, such as drilling, sawing, milling and bending workplaces.
  • Their only networking can consist in a monitoring system, as described in DE 10 2016 220 015.1. Another networking option is the
  • intelligent shop floor assistance systems can utilize 2D or 3D positioning of workpieces (generally material) and optionally persons, (eg, operators), transport media, machines, tools, and more to support manufacturing processes. This makes it possible to use 2D or 3D positions as information, in addition to other sensor information determined according to the concepts disclosed herein, in the context of overall manufacturing control and digitization of factories.
  • the concepts disclosed herein are based on the use of a 2D / 3D indoor (indoor) location system as a starting point for location-dependent information processing.
  • the positioning system can optionally be equipped with further sensors, for example with acceleration and / or position sensors, and thus also serve as the basis for position-dependent information processing.
  • further sensors for example with acceleration and / or position sensors, and thus also serve as the basis for position-dependent information processing.
  • a location-dependent (and eventual) dependent interaction in the context of the 2D / 3D interior positioning system in production control as well as an optimization of production processes becomes possible.
  • gates and zones can be used to automatically monitor and control a manufacturing process and subsequent production steps. This can be done in particular in real time.
  • location systems can be integrated into a manufacturing control system (also referred to herein as MES (Manufacturing Execution System)).
  • MES Manufacturing Execution System
  • the use of such location systems z. B. despite the existing steel and sheet metal possible, although metallic workpieces can reflect and shield the electromagnetic signals used. The use is still possible even if the metallic workpieces are still moved locally and so change the reflection surfaces constantly in their position and orientation.
  • Interior location systems allow the detailed mapping of material flows in production within a production hall into digital process processing.
  • the location systems thereby simplify the localization of the objects / persons participating in the production in the production environment. If tools, equipment or load carriers are initially equipped with a mobile unit of the positioning system, they are to be assigned manually or automatically in accordance with digital information in the digital control system. This also applies to objects that are temporarily involved in production, such as production orders or service personnel. Temporarily required dynamic allocations can arise again and again and are required only few hours, days or weeks in the production hall. In order to enable and ensure the dynamic allocation of the mobile units to new production orders with little effort and reliability, the process aids proposed here can be used.
  • Indoor positioning may be reduced to less than 30 centimeters, and more preferably less than 10 centimeters, accuracy in a manufacturing hall not accessible from GPS satellite signals, having a floor plan in the range of e.g. B. 1 ha done. This accuracy is essentially impossible with other techniques (Bluetooth, WiFi, WLAN, infrared, cellular, RFID).
  • Bluetooth, WiFi, WLAN, infrared, cellular, RFID Bluetooth, Bluetooth, Bluetooth, WLAN, infrared, cellular, RFID.
  • industrial manufacturing is becoming more and more focused on producing small batches with many individual operations (manufacturing processes such as cutting, bending, grinding, surface treatment) at different workplaces such as machine workstations and manual workplaces. So often several hundred different jobs are done in one day, which all require different steps.
  • a real-time location In industrial production, a real-time location is sought. It should be locally so accurate that mobile units can be safely found and / or assigned to the processing steps. It has been found that a location that is accurate to only 1 m, is not enough. Also, a locus that is electrostatic at every change in radiation behavior. magnetic waves, caused z. B. by movement of metallic workpieces in the production hall, would have to be recalibrated, disadvantageous and often not applicable.
  • the location should also be flexible, several orders should be summarized to one order, one order should be split into several orders, etc. The location should be easy to operate. It should be fail-safe.
  • the concepts disclosed herein may allow for increased process reliability, optimization of cycle times, and, correspondingly, cost optimization of production.
  • the concepts disclosed herein may be e.g. T. cause significant time savings in the manufacturing process, with the manufacturing process z. From the production of a required number of parts to the correct transfer to a subsequent process (eg, a subsequent metal working step). Several orders can also be implemented at the same time process reliable.
  • the concepts disclosed herein further allow easy assignment of workpieces within the tracking system. This allows open jobs to be optimized despite the complexity of multiple jobs to be processed simultaneously.
  • FIG. 1 shows an exemplary schematic representation of a production control system with an indoor location system
  • FIG. 2 is an illustration of an example embodiment of a UWB-based mobile unit.
  • FIG. 3 shows a representation of a further exemplary mobile unit on a transport carriage for workpieces
  • FIG. 6 shows an exemplary representation of a machine tool that is integrated in an indoor location system
  • Fig. 7 is a flowchart for illustrating a supported with an indoor location system manufacturing
  • FIG. 8 shows a flow chart to illustrate process steps for the industrial production of a final product.
  • aspects described herein are based, in part, on the recognition that with the accuracy and reliability of new location systems based, in particular, on the UWB technology, for example with an accuracy in location of less than 30 cm, in particular less than 10 cm, the use of indoor location systems makes sense in the context of industrial production.
  • the detection systems disclosed herein for integration into industrial manufacturing are based on mobile units (also referred to herein as “tags”) and stationary transmitter-receivers (also referred to herein as “anchors” or “anchors”).
  • mobile units also referred to herein as “tags”
  • anchors also referred to herein as “anchors”
  • the mobile units are generally electronic components that are capable of communicating with the transceivers, particularly by means of UWB communication technology.
  • Each mobile unit can have its own time determination unit ("clock”) to determine runtimes.
  • Spatial allocation may be performed by positioning a mobile unit near an associated workpiece or on the workpiece itself, or by placing the workpiece on a workpiece collection unit on which a mobile unit is provided, such as a trolley, sump, or pallet.
  • the Mobile unit may be fixedly mounted there (or even to a person) or attached to or deposited on the workpiece / workpiece collection unit.
  • the mobile unit may e.g. Example, have a holding mechanism, such as a magnet or a clamping, screw, clip, bayonet or suction device, with which it can be connected to the workpiece or on the workpiece collection unit so that they can not solve uncontrollably from this ,
  • a z. B. workpiece to the mobile unit can also be made an assignment of the mobile unit (and thus the spatially associated workpiece) to the associated production order of the workpiece (also referred to herein as digital allocation of the manufacturing process or short processing plan assignment).
  • Fully or partially automated processing plan assignments connect, for example, a production order with a specific mobile unit of the location system. They can be carried out, for example, by a combined use of an assistance system in the environment of the operator and the location system.
  • An example of an assistance system is an optical assistance system in which workpieces or tools grasped by the operator with optical sensors are recognized and clearly identified in the context of the available production data from the production orders for the processing plan assignment.
  • An exemplary assistance system is disclosed in the initially mentioned DE 10 2016 120 131.6.
  • Such assistance systems can also be used for the spatial assignment, for example when image data relate to the workpiece and the mobile units.
  • one or more sensors provided on the mobile unit can be used for the processing plan assignment, but also for the spatial assignment, as will be explained below in connection with embodiments of the mobile unit.
  • the spatial allocation can then support the further tracking of the detected and associated workpiece via the localizable mobile unit during the subsequent manufacturing process.
  • various physical (spatial) and digital (process) assignments are added. explained in a playful way. These can be used individually or in combination. The close integration of the process sequence ensures process reliability in the manual environment.
  • the mobile units can be linked to production orders.
  • the production orders relate to machining processes at various production stations, for example on a laser cutting machine or on a punching machine and z. B. at a picking station.
  • a mobile unit can now be available.
  • the digital assignment can be effected, for example, by positioning a mobile unit in a geometrically defined zone. If the mobile unit is present in the zone, it is linked to one of the unassigned production orders. At the same time, information about this order can be downloaded to the mobile unit at the beginning or can always be loaded up to date as needed.
  • the digitally assigned mobile units may, for. B.
  • workpiece collecting points such as cars or pallets, generally load carriers, are distributed by the operator, on which the workpieces may be stored during the production possibly camera-assisted (physical assignment).
  • tools can be digitally assigned to a mobile unit.
  • the mobile units can also be positioned on the load carriers by the machines in the production process at sufficiently automated production stations.
  • controllable machine automatically store the workpieces to be allocated on the load carrier next to possibly already digitally assigned mobile unit.
  • the physical assignment is completed, for example, manually with a confirmation directly to the mobile unit or via the MES.
  • the physical assignment can be supported by an assistance system following the manual handling procedure. If an engineer takes on a workpiece or a tool, this recording can be sensory detected by the assistance system.
  • the assignment by the assistance system to an already digitally assigned mobile unit can be done, for example, in two ways. On the one hand, the operator can visually assign the real workpiece / tool to a schematic sketch that is displayed on a display unit Mobile unit is displayed. On the other hand, by registering the successful grip of a workpiece / tool, the correspondingly assigned mobile unit can emit an optical or acoustic signal, for example.
  • the assistance system can cause a mobile unit, in the vicinity of which a workpiece / tool is stored, to be digitally allocated in accordance with the type of workpiece / tool identified by the assistance system.
  • the dynamic assignment can be done by z. For example, order papers and / or a code (eg, bar code, QR code, etc.) of the mobile unit may be scanned. Furthermore, a common or two separate photos can be evaluated with the code of the order papers and the code of the mobile unit. In some assignment methods, a photograph of the order papers with a camera on the mobile unit (or a separate camera of the operator) may possibly be taken in addition to an optical assistance system.
  • the desired geometry of the workpiece can be used. After a comparison of the geometry of the workpiece with the desired geometry detected, for example, with the camera-based assistance system or the camera on the mobile unit, information from the central production data system can then be reloaded and displayed to the operator. If the image processing does not allow unambiguous identification, the operator can list a subset of the active production orders that are eligible for the acquired geometry. The operator then makes the final selection and makes the digital assignment.
  • FIG. 1 schematically shows a production control system 1, which comprises an MES (Manufacturing Execution System) 3 and an indoor location system 5 (here, in short, a location system).
  • the MES 3 is connected to one or more machine tools 7 located in a production hall via wireless or wired communication links 9.
  • the MES 3 is used to control process sequences / production steps in the industrial production of workpieces with the machine tools 7. It thus serves, in particular, to control the machine tools 7.
  • the MES 3 receives information about the process sequences / production steps and status information of the machine tools 7
  • the MES 3 represents a data processing system or, more generally, a data processing method that may be implemented in a data processing device. This can be a single electronic data processing device (server) or a combination of several data processing devices (server network / cloud).
  • the data processing device or the composite may be provided locally in the manufacturing facility or may be set up remotely.
  • a platform on which the data processing devices can be available - d. h. on which the MES 3 can be implemented, may be a so-called cloud.
  • the cloud includes z.
  • the data processing device may include a user interface (GUI) with various application programs (APPs).
  • GUI user interface
  • APPs application programs
  • the location system 5 may have a plurality of transceiver units 13 and at least one mobile unit 15.
  • the location system 5 may also interact with the MES 3.
  • an analysis unit 11 of the location system 5 may be formed as a part of the MES 3.
  • the transceiver units 13 may be configured to transmit to the mobile units 15 UWB radio signals and to receive from these UWB radio signals.
  • the distance between a locally movable mobile unit 15 and a z. Fixed-to-transmit transceiver unit 13, may be determined by the time required for the signal to negotiate the distance between the two units. If the distances are determined by a plurality of transceiver units 13, whose location is known in each case, the spatial location of the mobile unit 15 with respect to the transceiver units 13 z. B. be determined by triangulation.
  • the transceiver unit 13 and the mobile unit (s) 15 may have high precision clocks that can accurately determine the time to a few or even fractions of ns. Even if the clocks in the transmitting-receiving unit 13 and in the mobile unit 15 are highly accurate, the clocks are not necessarily synchronized. Different methods of synchronization of clocks or the elimination of errors following from the asynchronous clock history can be used. For example, one of the transceiver units 13, z. As a master position determining unit, a signal at a first time Tl and send a second signal at a second time T2.
  • the mobile unit 15 can be aware of the time difference T2-T1 or can be transmitted together with the signals so that it can synchronize with the time of the transceiver units 13.
  • the mobile unit 15 may transmit two signals at a known time interval Ta.
  • the transceiver unit 13 can determine the synchronization deviation on the basis of its own time measurement with its own clock from the reception of the first signal to the reception of the second signal and calculate it out of the distance measurement.
  • the time interval between the first signal and the second signal should be low, so that the mobile unit has not moved significantly locally during this time.
  • the time interval may be chosen by the mobile unit to be a predetermined multiple or a predetermined fraction of the time that the mobile unit From the receipt of a signal that it should respond to, to the output of the first signal.
  • the transceiver units 13 can furthermore be connected to the analysis unit 11 via wireless or wired communication links.
  • the mobile units 15 can only communicate via the transceiver units 13. Alternatively or additionally, they can independently communicate with the analysis unit 11 / the MES 3 via further communication links 9 (for example a WLAN connection).
  • further communication links 9 for example a WLAN connection.
  • the data communication of the transceiver units 13 and the mobile units 15 with the production control system 1, in particular with the MES 3, can be bidirectional.
  • WLAN transmitting stations may be integrated into the transceiver units 13 of the location system 5 for data access into the manufacturing control system 1, such that via the transceiver units 13, digital data may be mobilized in the shop floor, e.g. B. accessible via smartphones or tablets.
  • the integration of the WLAN transmitter stations in the transceiver units 13 can simplify the installation and operation of a data communication system in the production hall.
  • the analysis unit 11 may serve as a central master position determination unit (also referred to herein as a "server").
  • a central master position determination unit also referred to herein as a "server”
  • the communication framework includes u. A. the transmission time of the frame / UWB radio signals.
  • one of the transceiver units 13 may be configured as a master position determination unit.
  • the master position determination unit for position detection of one of the mobile units 15 transmits the communication frame to the transceiver units 13. This communication frame is used for the signal exchange for the location between the mobile units 15 and the transceiver units.
  • the position of the stationary transceiver units 13 with respect to The master position-determining unit is known to the transmitting-receiving units 13, for example, by querying a central database, so that the time-offset between transmission and reception of the UWB radio signal over the signal propagation time is known to the transceiver units 13 and the analysis unit 11.
  • the master position determination unit After a predetermined time interval, for. B. 100 ms, the master position determination unit transmits a second communication frame, which is received by the transceiver units 13 and the mobile units 15. By detecting the time from the beginning of the reception of the first frame to the start of the reception of the second frame, the transceiver units 13 and the mobile units 15 are known, which the master position determining unit z. B. understands exactly under 100 ms. The mobile units 15 and the transceiver units 13 can thus synchronize the frequency of their time determination units with the master position determination unit. After different, previously configured time intervals (measured from the reception of the second frame), the mobile units 15 send a reply frame.
  • a "day 1" transmits after 10 ms, a "day 2" after 20 ms, a "day 3" after 30 ms, etc.
  • This radio transmission is received by the transceiver units 13 and the exact reception time in With respect to the transmission start of the second frame of the master position determination unit is transmitted to the analysis unit 11.
  • the analysis unit 11 determines z. B. trilateration method, the position of the mobile units 15 and passes them to the MES 3 on.
  • a group of transceiver units 13 can be assigned to a master positioning unit and the reception times can be transmitted to them. For capturing positions in large production halls or over several buildings or rooms, several groups of transceiver units 13 can be provided, which are each assigned to a separate master position determination unit. These master position determination units can in turn communicate with each other. Depending on the position of the mobile units 15, the transmission of the reception times to different master position determination units (servers) and the performance of the trilateration can take place with these different master position determination units.
  • the indoor location system 5 can detect the position of one or more mobile units 15 via the transmitter / receiver units 13 using the UWB technology.
  • the UWB technology uses frequency ranges of, for example, 3 GHz to 5 GHz, whereby the UWB technology uses a relatively large frequency range for the formation of temporally sharply defined signal paths (communication frames).
  • the signal represents a rectangular waveform over time rather than a sinusoidal waveform.
  • This requires a signal in which several sinusoidal signals with different frequencies are superimposed.
  • a signal can be formed, which has a steep edge and can be approximated to a substantially rectangular shape over time. This means that several frequencies from a broadband frequency spectrum must be available to form a signal.
  • UWB technology which has a broadband frequency spectrum, is particularly suitable for precise localization.
  • the technology and the usable frequency bands of the UWB technology are described, for example, in the standard "IEEE 802.15-2015".
  • FIG. 2 shows by way of example a mobile unit 15.
  • this can be an electronically controllable display 17, for example an e-ink display (also referred to as electronic paper display), and / or one or more Signaling devices 18 (LEDs) for outputting information.
  • e-ink display also referred to as electronic paper display
  • LEDs Signaling devices 18
  • These may e.g. the type of current and next processing step, such as deburring, laser cutting or bending, the name and / or identification of the order, the date, for example the date of completion or commencement of the order, the number of pieces to be produced Parts; name or identification of the customer or principal.
  • the display 17 may also be used as a signal delivery device for feedback to the user who is moving (e.g., shaking) or operating (e.g., pressing a button 19) the mobile unit 15 in one of the ways described.
  • a signal output device is a device for outputting sound, in particular in the audible range, in particular for outputting voice information.
  • the mobile unit 15 may comprise a modulatable signal source for generating modulated light, sound or vibration signals as a signal output device.
  • a suitably supplemented mobile unit can, for example, transmit access data in interaction with an electronic signal processing unit.
  • the communication device can have at least one sensor for receiving light, sound or vibration signals and the signal processing unit can be programmed such that it recovers the data contained therein from received, modulated signals.
  • the mobile unit 15 can integrate at least one signal input device (a key 19 is shown by way of example in FIG. 2) for inputting parameters.
  • the mobile unit 15 may further comprise as a signal input device a simple sensor for receiving light, sound or vibration signals, in particular a brightness sensor. It can then, as described, for example, in the aforementioned DE 20 2016 106 352 U1, be used as a data-receiving communication device for the wireless transmission of data, in particular access data, from a machine tool.
  • the machine tool has at least one modulatable signal source for generating light, sound or vibration signals which have been modulated in accordance with the data to be transmitted.
  • B. such devices of the machine tool can be used, which has the machine tool for machining the workpieces anyway and provide the opportunity to produce sound, vibration or modulated light fluctuations, with which data can be transmitted to the mobile unit 15.
  • the mobile unit 15 may include and may be configured for a transmitter and / or receiver for electromagnetic induction data transmission be to perform a data processing according to a predefined protocol (eg by means of RFID, NFC: near field communication).
  • a predefined protocol eg by means of RFID, NFC: near field communication.
  • NFC near field communication
  • This can be achieved with particularly inexpensive hardware components, which can also be designed to save power.
  • near field communication by means of NFC or RFID is a robust, fast and wireless communication in the near field.
  • the automated or assisted assignment can be made intuitive and process-safe by further sensors provided in the mobile unit.
  • the exemplary sensors described below can also be used profitably in other contexts of production.
  • gyroscopes For example, gyroscopes, acceleration sensors, position sensors, vibration sensors and / or magnetic sensors for the earth's magnetic field can be provided.
  • Other MEMS (micro-electro-mechanical system) -based sensors are also additionally or alternatively integrable.
  • Such sensors can bring about a more robust and accurate position determination by sensor fusion with the position data of the positioning system.
  • one sensor (or several together) may form the basis for interaction with a person, e.g. This can be context-related, depending on the location, and a given gesture in a first zone can then trigger a different action than in another zone.
  • the evaluation of the sensors of the mobile unit is particularly targeted and meaningful, especially when they are placed in the context of the production environment.
  • partial quantities are formed, while welding, assembly, joining: several sensors are brought together. They can also be used for quality inspection and marking of rejects.
  • vibration sensors can be used to identify operator interaction and identify vibration profiles (production environment documentation for specific components) to optimize the production environment. They can also be used to detect earthquakes.
  • the mobile unit 15 may further include a camera 20 configured to receive images of workpieces and / or codes (eg, bar codes or QR codes) on the workpieces or on other documents, tools, or products. In this way, an assignment of workpieces and / or orders to the mobile unit 15 can take place.
  • the mobile unit may have a functionality for the detection, processing and transmission of the camera data.
  • the mobile unit 15 may include a sensor (load cell) for determining a weight of a workpiece and / or a workpiece collection point and / or a fill level of a workpiece collection point.
  • a sensor load cell
  • it can have a functionality for processing and transmission of the correspondingly determined data.
  • the level of a workpiece collection z. B. by magnetic induction, electrical capacity, ultrasound or camera-based or a combination of these technologies are monitored.
  • the mobile unit 15 may further include a sensor for detecting a magnetic field strength. In addition, it may have functionality for processing and transmitting the data thus obtained.
  • a magnetic field sensor can be used to read a magnetic encoding, the z. B. is introduced in a workpiece.
  • sensors can serve as a basis for unambiguous identification of sheet metal components by the specific structure of metals.
  • An example of such a sensor is a Hall sensor.
  • sensors can be constructed for eddy current measurements. Corresponding methods for coding and reading out such a coding are disclosed, for example, in DE 102 48 142 B3 or in DE 43 06 209 A1.
  • the mobile unit 15 may include a sensor and / or transmitter for receiving and / or communicating data via an infrared (IR) interface.
  • IR infrared
  • it may have functionality for processing and transmitting such IR data.
  • IR interfaces IR diode, IR LED, Bluetooth low energy
  • communication interfaces are inexpensive and can be used very energy-efficiently.
  • the mobile unit 15 may further include a temperature sensor together with functionality for detection, processing and transmission of temperature data. Since the Manufacturing control, the location of the mobile unit 15 is known, the production control can be used with the temperature data for the regulation of the room temperature in the production hall. The production control can detect the temperature, in particular in each area of the production hall in which there is a mobile unit with a temperature sensor, and eg. B. graphically or evaluate to error conditions out. So z. B. detected an unusual development of cold open doors or alarm given unusual heat development. Similarly, the mobile units may provide a distributed network of humidity sensors to control moisture in the factory floor and / or brightness sensors to control the lighting of the factory floor.
  • the mobile unit 15 may additionally include a GPS sensor along with functionality for detecting, processing and / or transmitting GPS data.
  • the mobile unit 15 may further comprise a gas sensor, in particular a smoke detector, together with functionality for the detection, processing and / or transmission of data for gas analysis.
  • a gas sensor in particular a smoke detector
  • the mobile units as smoke detectors form a decentralized early-warning system in case of fire or in the event of a defect in a machine.
  • the mobile unit 15 may include a sensor for recognizing biological data, particularly personal data such as fingerprints or face recognition data.
  • the mobile unit 15 or the production control can thus recognize individual persons. This allows, for. For example, to set the display of the mobile unit 15 to a language assigned to the person (for example, the person's native language).
  • certain information can only be output to specific persons, for example as a function of an activity profile assigned to the person.
  • the mobile unit 15 may further include a sensor for detecting vital signs of a person, e.g. B. an engineer, have nearby. For example, data regarding pulse / heart rate, muscle contraction / extension, blood pressure can be recorded. The data allow a monitoring of the physical condition of the person and can give conclusions about his activity.
  • the mobile unit 15 accordingly has the functionality for the detection, processing and / or transmission of data thus recognized. Accordingly, the mobile unit carried by a person can monitor their condition.
  • the mobile unit 15 may include a sensor for detecting audio signals along with the functionality for detecting, processing, and / or transmitting data thus identified.
  • the mobile unit can be controlled by voice input, record audio data, store, evaluate and forward to other mobile units
  • the previously described sensors and functions on the mobile unit 15 may be activated or deactivated by the production control, for example.
  • the activation of individual functionalities can be time-controlled as an option by the operator or distributor of the production control system in the form of a special licensing procedure.
  • a plant operator determines functions only for a certain time, eg. B. the temperature control only if its production hall is not in operation, it can be in accordance with the licensing this functionality for a predetermined period of time he can unlock.
  • This can z. For example, it may be more favorable to him through the licensing procedure than if he were to use the functionality continuously. For the operator or distributor of the production control system, this may have the added benefit of better understanding the actual functionalities of its customers.
  • the electronics of the mobile unit 15 is operated with a battery or a rechargeable battery.
  • a battery can be outwardly guided by contacts or contactless, z. B. are charged inductively. Both can be done so that the mobile unit 15 has a tightly enclosing housing for protection against moisture and environmental influences.
  • the mobile unit 15 may further comprise a device for charging the rechargeable batteries, which obtains energy from environmental in? Uences, e.g. As the so-called "energy harvesting" from temperature differences between the top and bottom, from rapid movements such as vibrations or shocks or from existing electromagnetic waves (solar). So that the battery or the battery is operated sparingly, the mobile unit 15 can take a stand-by mode in which they z. B. sends no more UWB signal and / or disabled reception. In some embodiments, it may leave the stand-by mode on its own. For example, if it has been moved, it can convey a new location to the production control.
  • one or more of the described sensors can be used individually or in combination for such control methods.
  • the sensors for position and acceleration detection are suitable for controlling such changes in the operating mode.
  • the mobile unit 15 may include a housing made of any of the following materials or a combination thereof: plastic, metal, and rubber.
  • the housing may also have a resilient material such as rubber at its corners and / or edges for protection against damage. The latter can also be used to protect against slipping z. B. serve during transport.
  • the sensors described above provide machine-readable information, which is reproduced reliably to the operator.
  • the display unit of the mobile unit can be used.
  • an advertisement of a manufacturing plant or a display specifically provided in the production hall can be used.
  • the data displayed on the display unit of the mobile unit may not always fully map the entire information content of a workpiece, but it may contextually represent the data necessary for the corresponding manufacturing process, such as the next manufacturing process for the logistics, part geometry for the picking, component tolerances for the quality inspection. Representation parameters such as size, color, movement and flashing thereby represent suitable means for emphasizing and supporting currently important information.
  • an LED on the display unit of the mobile unit may not always fully map the entire information content of a workpiece, but it may contextually represent the data necessary for the corresponding manufacturing process, such as the next manufacturing process for the logistics, part geometry for the picking, component tolerances for the quality inspection.
  • Representation parameters such as size, color, movement and flashing thereby represent suitable means for emphasizing and supporting currently important information.
  • Mobile unit can be provided, which can visually communicate to humans by different colors, flashing frequencies or flashing pattern coded information.
  • a particular flashing LED is easier to recognize even at long distances than z.
  • B is a display 17. Therefore, a signaling device such as an LED has particular advantages when z.
  • Legs Mobile unit 15 is searched. It can be addressed remotely by an operator and then become noticeable with a signaling device. Additionally or alternatively, it can emit a noise signal.
  • Such a remote addressing can, for example, by another mobile unit or via any other particular portable device, eg. As smartphone, tablet, or via the analysis unit 11. But you can also directly, for. B. via near field transmitter (eg., Bluetooth, NFC, IR) done.
  • near field transmitter eg., Bluetooth, NFC, IR
  • the mobile units 15 are usually assigned to workpieces.
  • mobile units can be carried by persons in production or attached to aids such as transport trolleys, machines and tools, whereby here too a (spatial and digital) assignment of the mobile unit to a person, for. As a worker, or an aid can be made to support and / or detect operations.
  • the digital assignment here refers to person-specific or resource-specific information.
  • Fig. 3 shows a trolley 21 with a workpiece 23 and a mobile unit 15 '.
  • the transport carriage 21 comprises a storage area 24 for this or several such workpieces 23, which were produced by a machine tool as part of an operating plan.
  • the mobile unit 15 ' displays information specific to these workpieces 23 on the display 17, which is retrievable due to the digital assignment.
  • the mobile unit 15 ' is designed accordingly, for. B. from the MES 3 to receive information about the stored workpieces 23 and output to an operator.
  • the mobile unit 15 ' is e.g. B. designed to receive information about the number of stored workpieces 23, missing workpieces, a subsequent processing step, an underlying order (customer), target material, etc. and output on the display 17.
  • the display 17 can be energy-saving an e-ink display.
  • a signal or feedback may be given via activation of a signal output device, for example one or more LEDs or an acoustic signal source.
  • a signal output device for example one or more LEDs or an acoustic signal source.
  • signal output devices are designed to output feedback signals to an operator.
  • the mobile unit 15 ' may have (in addition) signal input devices.
  • a vibration sensor for example, an acceleration sensor
  • a position sensor may be provided as the signal input device.
  • Such mobile units can be used as independent units in the manufacturing process. They can be spatially assigned to one or more workpieces 23 and then brought by an operator together with the associated workpieces 23 from processing step to processing step / from machine tool 7 to machine tool 7.
  • Such a mobile unit may also be integrated, in particular in the form of such combined signal, display and locating units, in a trolley, a pallet or in general a movable workpiece collection unit. Together with these, it can be used as an independent unit in the manufacturing process. This unit can then be spatially assigned to (eg by being positioned on) one or more workpieces 23 and then used by an operator to move the associated workpieces 23 from machining step to machining step / from machine tool 7 to machine tool 7 bring.
  • the provision of mobile units in production can be used in many ways.
  • exemplary usage scenarios are outlined.
  • the mobile units are located via the transmitter-receiving units 13 by means of runtime analysis.
  • the transceiver units 13 are usually installed fixedly to the hall ceiling, to hall walls, machine tools 7, storage structures, etc.
  • the positions of the transceiver units 13 are stored, for example, in a digital layout of the production hall.
  • FIG. 4 shows a schematic digital layout 25 of an exemplary production hall equipped with a plurality of machine tools 7 of different types.
  • machine tools 7 in the steel and metal processing are cutting, in particular laser cutting machines, punching, grinding, bending machines, etc.
  • a networked to a very low degree workplace 26 such as a manual workstation with simple machines, eg. As for drilling, sawing, milling, bending, no networking or only a network via a monitoring system, such as. B. in DE 10 2016 220 015.1 described, have.
  • a monitoring system such as. B. in DE 10 2016 220 015.1 described
  • the barriers 29 extend spatially (for example, linearly) in the shop floor and define boundaries whose violation by a mobile unit can trigger specific actions.
  • the zones 27, 27 'and barriers 29 can generally be associated with workpiece-specific or object / operator-specific properties.
  • a screen (monitor) of a data processing device eg PC.
  • barriers or mobile units on the monitor eg by means of a cursor or touchpad by means of a touch
  • status information can be displayed.
  • You can filter for certain mobile units for example, all mobile units that are assigned to orders from a specific customer).
  • the temperature distribution measured with temperature sensors of the mobile units can be displayed.
  • the status of machines can be displayed, etc.
  • actions using the spatial allocation in the shop floor control system can be triggered when a mobile unit is within a specific zone or exceeds a specific barrier, these actions being dependent on the associated workpiece / object and its processing / processing state, generally due to digital Assignment, can vary.
  • the zones 27, 27 'and the barriers 29 can also be marked in color on site in the production hall.
  • exemplary locations of a plurality of transceiver units 13 in the digital location plan 25 are selected such that at least 2 (2D location) or 3 or more (3D location) transceiver units 13 are to be covered by a corresponding indoor location Area in the production hall are assigned.
  • transit time measurements for movable elements (or the associated mobile units 15) are illustrated by means of double arrows 33 in FIG. 4.
  • the primary application of the indoor location system 5 is locating workpieces 23, generally material, as well as mobile units used in manufacturing, such as transport trucks 21, stackers, tools, and other mobile devices.
  • workpieces 23 generally material, as well as mobile units used in manufacturing, such as transport trucks 21, stackers, tools, and other mobile devices.
  • the gained spatial information about the objects additionally allows an analysis of process flows and of an (exploitation) of z. B. tools.
  • the location can be done in 2D or 3D.
  • 3D site plan of the shop floor as shown in FIG. 4
  • vertical localization may be made in addition to the primary horizontal location.
  • the coordinates x and y in the horizontal plane and the height coordinate z is to be observed.
  • a location in 3D places specific demands on the transceiver units 13, which cover the area underlying the 3D location, as well as on their positions in the production hall.
  • FIG. 5 shows a plan view of another digital layout plan 25 'of another exemplary production hall. It can be seen several positions of transceiver units 13 (Anchors) and several current positions of mobile units (tags) 15. Furthermore, one recognizes again several zones 27 and barriers 29. With the location system, the positions of the mobile units 15 in the location plan 25 'can be displayed and their position with respect to the zones 27 and the barriers 29 are used for control purposes in the machining of workpieces. For this purpose, it is again necessary that a mobile unit 15 a workpiece (or a group of workpieces) or an operator, a means of transport, a tool, etc. is assigned. In a control area 30, the position of a production control device of the production control system 1 is indicated.
  • the analysis unit 11 may be located.
  • a data processing device 30A eg PC
  • a screen monitor
  • the digital assignment of a mobile unit to a workpiece can take place through various interactions with the production control system 1 (hereinafter also briefly the production control).
  • the production control system 1 hereinafter also briefly the production control.
  • the respective workpiece / item can be selected and assigned to the specific mobile unit by, for example, entering an associated reference number.
  • the mobile unit may be made the association by activating an enter key on the mobile unit (see eg key 19 in Figure 2) and the associated data exchange of the mobile unit with the production controller.
  • a manual input for example, alternatively automated or semi-automatic activation of the mobile unit by a predetermined movement for activation, for. As shaking, tapping or vibration of the same, take place.
  • a predetermined movement may, for example, detect an acceleration sensor additionally provided in the mobile unit.
  • a partially automated assignment may be made by manually identifying a specific mobile unit (eg, by shaking the mobile unit) at a specific location (eg, a defined zone 27).
  • the production control the specific location of the z. B. assign Scblinins specific workpieces to be machined.
  • the production control can also conclude that a mobile unit is linked to a default item (eg an empty trolley) when the mobile unit shakes at a defined allocation area (eg zone 27 'in FIG.
  • a recording of the mobile unit which is provided for example with a label such as a bar code (see display in Fig. 2), and the associated workpiece / object, the assignment can be made. Furthermore, a graphical assignment can be made via a dialog displayed on the user interface.
  • active or inactive mobile units can be used in the location system. Active mobile units permanently communicate their position cyclically to the production control system at a desired repetition rate. Generally, active, periodically emitting transmitters are also referred to as "beacons". In contrast, an inactive mobile unit temporarily does not participate in a location detection.
  • a change from the inactive to the active state can be triggered by (digital) signals or manual manipulation.
  • a manual manipulation can be done, for example, by a targeted vibration of the mobile unit (eg manual shaking) or by the beginning of the transport of the workpiece (transfer through a barrier 29).
  • mobile unit-specific arbitrary refresh rates can be defined.
  • Contextual information may include, for example, a zone affiliation, recent spatial barriers, each active edit, a current time window (day / night / weekday), and a specific tag family.
  • MES production control system
  • the workpieces have been provided with a mobile unit 15 (workpiece tag)
  • the location of the workpieces 23 to be bent is indicated to him in the location diagram 25, 25 'by means of an associated mobile unit 15.
  • the mobile unit 15 and the workpieces 23 have been placed on a trolley 21 and the mobile unit 15 both the work 23 and the trolley 21 assigned. Accordingly, in the site map, the symbol trolley z. B. displayed together with a schematic shape of the workpiece.
  • FIG. 6 shows a sorting process by an operator 31 who sorts / deposits the cut material of a laser cutting machine 7 'onto the transport carriage 2.
  • a mobile unit 15 ' has been activated according to a specific job (machining plan assignment) and associated with the workpieces 23' (spatial assignment). After the sorting operation has taken place, for example, the operator 31 has activated a key of the mobile unit 15 'so that the production control system is informed of the completion of the sorting operation.
  • the operator of the machine tool to be subsequently used knows at which point in the production hall the workpieces can be found (use of the location information of the mobile unit).
  • the operator can identify the correct truck by the manufacturing control system automatically activates an LED (signal output device) on the corresponding mobile unit so that it flashes, for example.
  • the operator can recognize the correct trolley and take it to his bending workstation.
  • the pickup of the trolley is passed, for example, to the production control system as soon as the operator picks up the trolley 2 ⁇ and pushes over the barrier 29 '.
  • the indoor location system also allows an indexing of high inventories in stock. For example, via a barometer of the mobile units (3D tag), the height of the mobile unit and thus the "row" in a warehouse can be identified.
  • the column of the warehouse can be identified via at least two transceiver units (2D location).
  • the respective storage compartment for, for example, a pallet equipped with the mobile unit can be deposited directly in the production control system. Accordingly, an operator can locate the pallet indicating the storage bin directly.
  • three or more transceiver units can be positioned in the high-level warehouse in such a way that a location determination in three-dimensional space is also possible.
  • step 7 shows exemplary method steps of a method for the production control of process sequences in the industrial processing of workpieces 23, the method being supported by an indoor location.
  • an indoor locating as described above is provided (step 51), and assignment operations are performed to associate a mobile unit 15 with one or more workpieces 23.
  • the mapping operations include a mobile unit data mapping process (step 51A) - d. h., the previously described digital allocation - and a spatial assignment process (step 51B) - d. h., the previously described physical association.
  • the mobile unit data mapping operation of step 51A is schematically indicated in FIG. 1 in the production control system 1. In the production control system 1 processing plans 37 are stored.
  • a machining plan 37 may include, as examples of a machining plan assistance workpiece data set, a geometry data set 37A and / or a code data record 37B identifying the workpiece. Furthermore, the machining plan 37 may include one or more machining and workpiece parameters 37C of the corresponding workpiece 23. Moreover, the location system 5 provides mobile unit data sets 39 to be assigned to the processing plans 37.
  • an image capture device 20, the z. B. part of the mobile unit 15 is provided (step 59A). 2 shows schematically the image capture device 20 on the side wall of the mobile unit 15.
  • an expression of a request letter with a coding or an encoding 57 can be recorded on the workpiece 23 as an example of a processing plan-specific object ( Step 59B).
  • This recording is then transmitted by a communication system from the mobile unit 15 to the production control system 1.
  • the processing plan 37 which comprises a corresponding coding data record 37B
  • the mobile unit data record 39 which, for To the mobile unit 15 with which the coding had been recorded (step 59D).
  • this type of digital assignment can be performed with any imaging device incorporated in the manufacturing control system 1, and then a mobile unit data set of any mobile unit can be assigned to the identified processing plan.
  • the spatial allocation can be supported by an assistance system 41, which is provided in a tool train 7 or generally at a workstation.
  • FIG. 6 shows a machine tool 7 with an optical assistance system which is based on image data acquisition with a camera 35 and supports the assignment of a workpiece to a mobile unit.
  • mobile units are provided to which processing plans have been assigned as part of a preceding digital assignment (step 51 A).
  • the camera 35 recognizes a rejected workpiece 23 (step 61A) and for this purpose generates a measurement assistant workpiece data record 41A (step 61B).
  • the measurement assist workpiece data set 41 A is matched with the geometry data sets 37A of the machining schedules 37 in the shop floor control system 1 (step 6 IC) to identify the machining schedule 37 associated with the detected workpiece.
  • the production control system 1 can now z. B. stimulate the identified mobile unit to deliver a signal (LED flashing, tone generation, ...); to facilitate a manual spatial allocation.
  • the production control system 1 can cause the detected workpiece 23 to be deposited on the identified mobile unit 15 (step 61D).
  • the position of the associated workpiece 23 is determined by locating the associated mobile unit 15 with the indoor location system 5 (step 53).
  • the particular position of the associated mobile unit 15 is now incorporated into the control of the industrial plant for manufacturing the final product (step 55).
  • a position of a tool, a person, a means of transport, a machine tool and / or a workpiece collection unit can be determined (steps 5, 51A, 51B ', 53') and integrated into the control of the industrial production plant.
  • the integration may, for example, define (step 55A) zones and / or physical barriers 29 in the production hall, in particular in a site plan 25, 25 'of the production hall, and a comparison (step 55B) of the determined position with respect to zones 27 and / or the spatial barrier 29.
  • step 55A z. B a zone (machine tool zone) to machine tools / processing stations, for example, to the bending machine created.
  • this zone can be defined as a solid (3D zone), which extends, for example, up to a height of 1.5 m above the hall floor. If a transport cart with workpieces and an associated mobile unit (car tag) with workpieces belonging to a job are pushed into this zone, the production control system registers this in step 55B.
  • the support of production control of process sequences may include the mobile unit integration possibilities discussed herein.
  • an additional component may include the mobile unit integration possibilities discussed herein.
  • an additional component may include the mobile unit integration possibilities discussed herein.
  • the signals may be received from a signal input device 15A of the mobile unit 15 - e.g. As a sensor, a button 19 or the image capture device 20 - or from the signal output devices 15B of the mobile unit 15 - z.
  • a display unit 17 As a display unit 17, an LED or a speaker - are generated.
  • the support of the production control of process sequences via the production control system 1 can control processing parameters on the machine tools 7 or generally set production parameters, which may be, for. B. can also refer to the production hall or to a subsequent data analysis.
  • the production control system can register the associated processing order at the processing station (for example, at the bending machine). Furthermore, further secondary actions can be initiated automatically.
  • an associated machining program can be loaded automatically in the machine tool. This may allow the machine tool (for example, a bending machine) to be automatically prepared via a tool master.
  • an operator can obtain information necessary for the pending machining process (operation) are displayed. For example, an image of the original shape of the workpiece as well as the curved shape of the workpiece, the number of workpieces to be bent and / or the subsequent subsequent machining operation, etc. can be displayed.
  • An advantage of processing in connection with defined zones and barriers is that the operator has nothing more to do than to bring the workpieces marked with the associated mobile unit into the associated machine tool zone, whereby the various preparatory measures were automatically initiated.
  • the machine tool z. B. automatically be set immediately to the new job to be processed. This can save considerable time and mistakes can be avoided.
  • the operator now begins to machine (for example bend) the workpieces of the job, he can take the mobile unit and attach it to active components of the machine tools, such as the bending beam.
  • another zone (booking zone) which automatically processes the order and forwards it to the production control system. For example, the bending processes that have been carried out can thus be monitored and stored for the job.
  • the mobile unit is removed from the booking zone, whereby the order can be booked, for example, as fully executed in the production control system.
  • a mobile unit When a mobile unit interacts with the shop floor control system or an operator actuates additional functions (input keys, etc.) of a mobile unit, the operator may receive feedback or notifications from the mobile units about output means such as RGB LED, vibration, displayed text or sound.
  • output means such as RGB LED, vibration, displayed text or sound.
  • the status of a mobile unit or an associated order can be visualized, for example by an LED lights green, as long as the job is in the state of processing.
  • feedback or a message to subsequent processing stations can be given.
  • automatically posting a completed edit can alert the subsequent process that the parts are now ready and where they are.
  • a triggering of actions such as booking via zones can be further enriched so that, for example, workpieces can be monitored over time during the various processing operations.
  • the position-in-space of a mobile unit can be distinguished, for example, whether a specific mobile unit is horizontal or upright.
  • This allows further interaction with the production control system. For example, a carriage with workpieces of several jobs (ie, several different and, for example, differently machined workpieces) and several mobile units can be pushed into a zone. If not all orders are to be processed at the same time, a specific order, which is to be processed first, for example, be announced by a vertical positioning of the corresponding mobile unit to the production control system.
  • Another way to provide feedback to the shop floor control system via the mobile unit is to already talk about shaking the mobile unit or performing specific gesture-like moves.
  • zones can additionally move dynamically with one or more mobile units. This allows, for example, the transport of multiple carriers (transport trucks), and the entrained orders can be treated together as clusters by the production control system.
  • a mobile unit may be attached to a hand tool (tool tag) (spatial assignment) and digitally associated with the tool itself, so that it can be more easily located.
  • tool tag spatial assignment
  • it can be determined by means of an acceleration sensor provided in such a tool tag, when and / or how the manual working tool is used.
  • By determining the position of the tool it is also possible to measure the movement of the tool through the space (trajectory information / evaluation). This information can be generated on how many components have been processed or if a processing step has been forgotten etc.
  • further data can be transmitted via the location system, for example, error messages by corresponding movement pattern of a mobile unit z.
  • error messages by corresponding movement pattern of a mobile unit z.
  • a cognitive evaluation of these measured positions can be detected by a cognitive evaluation of these measured positions.
  • the location and sensor data as well as the information regarding zones and barriers allow a multitude of evaluation options. For example, it is possible to use such raw data to generate key figures such as key performance indicators (KPIs) and perform detailed analyzes to optimize production processes.
  • KPIs key performance indicators
  • These analyzes can be displayed in the form of "heat maps", as a live view or aggregated, so further evaluation diagrams such as spaghetti diagrams can be called up immediately for different processing operations generate a large effort in the survey, make available at the push of a button, such as throughput time, value stream analysis, etc.
  • the processes in production based on the obtained location information can be improved with the help of numerical optimization methods also to locate people, if they carry a mobile unit (person-day) with them.
  • the location of persons (as a whole or even local location of leg, arm and hand) gives valuable information about processes in production This concerns, for example, the monitoring of safety-critical areas for protection of persons, in particular the editors.
  • motion patterns can be generated, which in turn z. B. for process or Ergonomie- improvement of jobs the operator can be evaluated.
  • the synchronous evaluation of both hands of a person, in particular an operator or engineer detailed information about the manufacturing process and the workpiece can be detected. So can be detected that - an editor has accessed at a position X;
  • Different mobile units may be in specific relationship relationships.
  • such mobile units may be grouped into families of mobile units as part of a specific manufacturing process to define basic (behavioral) patterns for a given number of mobile units.
  • families can be assigned to a job, an assembly, a subsequent process of workpieces or an associated load carrier (transport cart, pallet, collection container).
  • the family affiliation can be changed dynamically in the current editing process.
  • Mobile units can belong to different families at the same time.
  • families of mobile units may relate to a specific link, for example all carriers, all means of transport, all agents, all workpieces, all machines, etc., or a family of mobile units may relate to a specific status of a mobile unit, for example a charge status of the mobile units.
  • the analysis may be based on the evaluation of such families of mobile units.
  • a location using an ultra-wideband system can be made up of four or more "anchors" and one or more "tags.”
  • the anchors serve as receivers and can be stationarily positioned around the workspace.
  • the tags are attached to z. B. all workpiece collection units and, for example, the hand of the operator and serve to position the same.
  • Other systems for indoor location include z. Bluetooth, WiFi, Infrared and RFID. " If the workpiece collection point unit is integrated into a location system, a location can be made possible by way of transceiver systems with a corresponding system in the machine tool shop in which a plurality of processing machines and / or work stations are provided.
  • An operator who monitors and controls the machining process in a control center can see on his monitoring monitor where a specific job is currently in the process chain and how its status is currently. Accordingly, it can also access the display unit directly in order to adapt displayed data (workpiece information) such as preferences, work steps, etc. Alternatively or additionally, this can also be done locally with an input device on the workpiece collection point unit (eg, push button, switch, touchpad) or via a data interface which is connected to an external z.
  • B. mobile input unit provides access (smartphone, ipad, smartwatch, etc.). Accordingly, the workpiece collection unit z.
  • the latter makes it easier to find a workpiece collection unit, if they are e.g. B. is hidden in a plurality of workpiece collection units.
  • the workpiece collection unit is selectively controlled so that the signaling device (eg a bright LED) is activated.
  • the Nahfeldortung can also be used, for example, when sorting by z.
  • the location of a hand (particularly an intelligent glove interacting with the locating system) is located by the workpiece collection unit. If the "hand" of an operator removes a component from the skeleton, the component location in the MES is posted to the hand from the rest grid. If the hand moves close to a location system of the workpiece collection point unit, this part is posted in the MES at the corresponding workpiece collection point unit On the one hand, the locating system can detect that the hand came close to the workpiece, and on the other hand, a higher level system (eg, the MES) can link the workpiece collection unit and the hand position.
  • a higher level system eg, the MES
  • FIG. 8 shows, by way of example, method steps of an industrial production of a final product, which can be carried out with a production control system, in particular the MES 3, disclosed herein.
  • a production control system in particular the MES 3, disclosed herein.
  • a first step 80 the receipt of a production order (with a processing plan 37) for the production of a final product from a workpiece 23 with the MES 3, the z.
  • a data processing device 30A In a following step 81, the selection of individual processing steps by means of the MES 3.
  • the processing steps may be one or more of the following operations: cutting, in particular laser cutting, punching, bending, drilling, tapping, grinding, joining, welding, riveting, screwing, pressing, treating the edges and surfaces.
  • a further step 83 the data assignment of each of the processing steps to a machine 7 or a workstation unit takes place.
  • the workstation unit may be a workstation 26 as described above, in particular a manual workstation.
  • a further step 84 the data assignment of the production order to a mobile unit data record 39, which is stored in the MES 3 for a mobile unit, takes place.
  • This step 84 may correspond to step 51A shown in FIG. Step 84 may in particular also earlier, z. B. after one or more of the method steps described above, take place.
  • a workpiece 23 which is at least partially a part of the final product, in particular after a first of the processing steps at the machine 7 assigned this processing step or workstation unit.
  • part of the production order is cut from a sheet metal here. Since as a subsequent processing step also a milling or punching may be necessary, this can
  • step 86 the spatial assignment of the mobile unit 15 assigned to the production order to the manufactured workpiece 23 takes place.
  • This step 86 can correspond to the step 51B shown in FIG.
  • step 87 a change is made to the status of the production order in the MES 3.
  • step 88 the position of the mobile unit 15 is stored to the production order.
  • a further step 89 the transport of the workpiece 23 takes place together with the mobile unit 15 according to the production order to the next machine 7 or the next workstation unit in the predetermined order. This can be done as a result of an instruction of the MES 3 by a person or by an automated transport process.
  • this processing step is performed on the machine 7 or workstation unit assigned to it.
  • step 91 the position of the mobile unit 15 for this production step is stored in the production order.
  • step 92 the renewed storage of a change in the status of the production order takes place in the MES 3.
  • the MES 3 can at any time have data such as the current status and the current location of the workpiece 23.
  • MES 3, mobile unit 15 and location system 5 may in particular be designed as described above.
  • All of the method steps described above, which are carried out by a production control, a production control system, a location system or the MES 3, can also be realized by means of one or more data processing devices which have means for carrying out the method steps.

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Abstract

Ein Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbeitungsplans (37) zu einem Mobileinheitsdatesatz (39) einer Mobileinheit (15) eines Innenraum-Ortungssystems (5) einer Fertigungshalle, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken (23), insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird, umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Fertigungssteuerungssystems (1) für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken (23) mit einer Werkzeugmaschine (7) gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen (37), in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werkstück abgelegt ist, Bereitstellen (Schritt 59A) einer Mobileinheit (15) mit einer Bilderfassungseinheit (20) zum Aufnehmen von Bilddaten, wobei der zur Mobileinheit (15) gehörende Mobileinheitsdatensatz (39) und mit dem Innenraum-Ortungssystem (5) erfassten Positionsdaten der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem (1) abgelegt sind, Aufnehmen (Schritt 59B) von Bilddaten eines bearbeitungsplanspezifischen Gegenstands zum Identifizieren (Schritt 59C) des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) mit dem Fertigungssteuerungssystem (1) und Zuordnen (Schritt 59D) des identifizierten Bearbeitungsplans (37) zu dem Mobileinheitsdatensatz (39) der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem (1).

Description

BILD-GESTÜTZTES ZUORDNEN EINES BEARBEITUNGSPLANS ZU EINEM MOBILEINHEITSD ATENSATZ EINER MOBILEINHEIT EINES INNENRAUM-ORTUNGSSYSTEMS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung von Fertigungsprozessen, insbesondere von Prozessabläufen bei der industriellen Fertigung von Werkstücken in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Werkstückpositionsüberwachung in Fertigungshallen der metallverarbeitenden Industrie, ins- besondere bei der Stahl- und/oder Blechverarbeitung. Femer betrifft die Erfindung die Zuordnung von Werkstücken zu Prozessabläufen im Rahmen der Fertigungssteuerung.
Beispielhaft für die metallverarbeitende Industrie werden in der industriellen Stahl- und/oder Blechverarbeitung oft viele Teile unterschiedlicher Größe verschiedensten Verarbeitungs- schritten zugeführt. So werden beispielsweise Werkstücke an Werkzeugmaschinen, z. B. Laserschnittgut oder gestanzte Blechteile, absortiert und weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt. Geschnittene oder gestanzte Werkstücke werden dabei nach dem Bearbeitungsvorgang häufig in einem Verbund dem jeweiligen nachgelagerten Produktionsschritt zur Verfügung gestellt. Die verschiedenen Prozessabläufe werden üblicherweise basierend auf einem visuel- len Abgleich mit Papier-basierten Unterlagen manuell durchgeführt. Werden jedoch viele unterschiedliche Teilformen geschnitten, verschiedenste Bearbeitungsschritte durchgeführt und unterschiedliche Bereiche in einer Fertigungshalle für die Stahl- und/oder Blechverarbeitung angefahren, so werden derartige Überwachungs- und Steuerungsvorgänge aufwändig und fehleranfällig. So kann eine hohe Teilevielfalt Fehler bei der Teilezuordnung und den nachfol- genden Bearbeitungsschritten, z. B. beim auftragsspezifischen Ablegen in vorgesehenen
Werkstücksammelstelleneinheiten oder beim Überstellen zum nachfolgenden Bearbeitungsschritt, hervorrufen. Werden z. B. Teile falsch abgelegt, kann ein nachfolgender Verarbeitungsschritt negativ beeinträchtigt werden, z. B. fehlerhaft durchgeführt werden. So wird ein physischer Materialfluss meist diskret an Buchungsstationen manuell mit durchzuführenden Bearbeitungsschritten synchronisiert, sodass oft keine detaillierte oder nur eine verzögerte Auswertung stattfinden kann.
Beispielsweise aus den (noch unveröffentlichten) deutschen Patentanmeldungen DE 10 2016 120 132.4 („Werkstücksammelstelleneinheit und Verfahren zur Unterstützung der Bearbeitung von Werkstücken") und DE 10 2016 120 131.6 („Absortierunterstützungsverfahren und Flachbettwerkzeugmaschine") mit Anmeldetag 21. Oktober 2016 sind Verfahren zum Unterstützen des Absortiervorgangs von mit einer Flachbettwerkzeugmaschine erzeugten Werkstücken, allgemein Verfahren zur Unterstützung der Bearbeitung von Werkstücken, bekannt. Ferner ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 107 357.4
„Absortierunterstützungsverfahren und Flachbettwerkzeugmaschine" mit Anmeldetag 5. April 2017 ein Unterstützungsverfahren beim Absortieren von z. B. Schnittgut einer Flachbettwerkzeugmaschine bekannt. Die genannten deutschen Patentanmeldungen werden hierin vollumfänglich aufgenommen. Aus der US 2016/0100289 AI ist ein Lokalisierungs- und Verfolgungssystem zum Bestimmen von Positionen mobiler drahtloser Vorrichtungen beispielsweise mithilfe der "ultra-wideband" (UWB)-Technologie bekannt, wobei beispielsweise durch Berechnen von Ankunftszeitunterschieden die Positionen der Vorrichtungen gewonnen werden. Auf der UWB-Technologie basierende Bewegungssensoren, die u. a. mit Beschleunigungssensoren erweitert sein können, werden gemäß der US 2015/0356332 AI beispielsweise für die Leistungsanalyse im Sport offenbart.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Systeme vorzuschlagen, die insbesondere im Umfeld der Stahl- und/oder Blechverarbeitung - allgemein Me- tallverarbeitung - Fertigungsprozesse intelligent unterstützen können.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbeitungsplans zu einem Mobileinheitsdatensatz einer Mobileinheit eines Innenraum- Ortungssystems nach Anspruch 1, durch ein Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbei- tungsplans zu einem Mobileinheitsdatensatz einer Mobileinheit eines Innenraum- Ortungssystems nach Anspruch 2, durch ein Fertigungssteuerungssystem nach Anspruch 11, ein Verfahren zur industriellen Fertigung eines Endprodukts nach Anspruch 12 und die Verwendung eines Fertigungssteuerungssystems für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 13. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Aspekt weist ein Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbeitungsplans zu einem Mobileinheitsdatensatz einer Mobileinheit eines Innenraum-Ortungssystems einer Fertigungshalle, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird, die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Fertigungssteuerungssystems für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken mit einer Werkzeugmaschine gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen, in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werkstück, die Bearbeitungsparameter und Werkstückparameter umfasst, abgelegt ist,
Bereitstellen einer Mobileinheit mit einer Bilderfassungseinheit zum Aufnehmen von
Bilddaten, wobei der zur Mobileinheit gehörende Mobilemheitsdatensatz und mit dem Innenraum-Ortungssystem erfassten Positionsdaten der Mobileinheit in dem Fertigungssteuerungs- system abgelegt sind,
Aufnehmen von Bilddaten eines bearbeitungsplanspezifischen Gegenstands zum Iden- tifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans mit dem Fertigungssteuerungssystem und Zuordnen des identifizierten Bearbeitungsplans zu dem Mobilemheitsdatensatz der Mobileinheit in dem Fertigungssteuerungssystem.
In einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbeitungsplans zu einem Mobilemheitsdatensatz einer Mobileinheit eines Innenraum-Ortungssystems einer Fertigungshalle, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird, die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen eines Fertigungssteuerungssystems für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken mit einer Werkzeugmaschine gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen, in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werkstück, die Bearbeitungsparameter und Werkstückparameter umfasst, abgelegt ist,
Bereitstellen einer Bilderfassungseinheit zum Aufnehmen von Bilddaten,
Aufnehmen von Bilddaten eines bearbeitungsplanspezifischen Gegenstands mit der Bilderfassungseinheit zum Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans mit dem Fer- tigungssteuerungssystem,
Bereitstellen einer Mobileinheit, wobei der zur Mobileinheit gehörende Mobilemheitsdatensatz und mit dem Innenraum-Ortungssystem erfassten Positionsdaten der Mobileinheit in dem Fertigungssteuerungssystem abgelegt werden, und
Zuordnen des identifizierten Bearbeitungsplans zu dem Mobilemheitsdatensatz in dem Fertigungssteuerungssystem.
In einem weiteren Aspekt weist ein Fertigungssteuerungssystem zur Steuerung von Fertigungsprozessen in einer Fertigungshalle bei der industriellen Fertigung von Werkstücken, insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, in einer Fertigungshalle ein Innen- raum-Ortungssystem zur Unterstützung der Fertigungssteuerung der Fertigungsprozessen mit mehreren fest in der Fertigungshalle installierten Sende-Empfangseinheiten, mindestens einer Mobileinheit und einer Analyseeinheit auf. Die Sende-Empfangseinheiten und die mindestens eine Mobileinheit sind zum Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet und die Analyseeinheit ist zum Bestimmen von Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen den Sende-Empfangseinheiten und der mindestens einen Mobileinheit und zum Bestimmen der Position der mindestens einen Mobileinheit in der Fertigungshalle aus den Laufzeiten der elektromagnetischen Signale ausgebildet. Das Innenraum- Ortungssystem ist zum Austausch und Bereitstellen von Daten zur Position von mindestens einer Mobileinheit in der Fertigungshalle als Teil des Fertigungssteuerungssystems ausgebildet. Das Fertigungssteuerungssystem ist ferner dazu eingerichtet, eines der zuvor genannten Verfahren auszuführen.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur industriellen Fertigung eines Endpro- dukts mittels eines Fertigungssteuerungssystems (hierin auch als MES (Manufacturing Execution System) bezeichnet) die folgenden Schritte:
- Entgegennehmen eines Fertigungsauftrags zur Fertigung des Endprodukts aus einem Werkstück mit einem in einer Datenverarbeitungsvorrichtung implementierten MES des Fertigungssteuerungssystems,
- Auswählen einzelner Bearbeitungsschritte mit dem MES,
Bestimmen einer Reihenfolge der Bearbeitungsschritte mit dem MES, wobei die Bearbeitungsschritte einzelne oder mehrere der folgenden Vorgänge umfassen: Schneiden, insbesondere Laserschneiden, Stanzen, Biegen, Bohren, Gewindeschneiden, Schleifen, Zusammenfügen, Schweißen, Nieten, Schrauben, Pressen, Behandeln der Kanten und Oberflächen;
Datentechnisches Zuordnen der Bearbeitungsschritte zu einer Maschine oder einer Arbeitsplatzeinheit,
Datentechnisches Zuordnen des Fertigungsauftrags zu einem Mobileinheitsdatensatz in dem MES nach dem zuvor beschriebenen Verfahren,
- Fertigen eines Werkstücks für das Endprodukt, wobei es insbesondere zu einem Teil des Endprodukts nach einem ersten der Bearbeitungsschritte an der dem Bearbeitungsschritt zugewiesenen Maschine oder Arbeitsplatzeinheit bearbeitet wird,
Räumliches Zuordnen der dem Fertigungsauftrag zugeordneten Mobileinheit zu dem gefertigten Werkstück, Speichern einer Statusänderung des Fertigungsauftrags im MES,
Transport des gefertigten Werkstücks zusammen mit der Mobileinheit gemäß dem Fertigungsauftrag zu der nächsten Maschine oder Arbeitsplatzeinheit in der vorbestimmten Reihenfolge,
- Durchführen des Bearbeitungsschritts an dieser Maschine oder Arbeitsplatzeinheit,
Speichern einer Statusänderung des Fertigungsauftrags im MES und
- Durchführen der Bearbeitungsschritte des Fertigungsauftrags mit dem MES, wobei die Position der Mobileinheit mit dem Ortungssystems auf Basis von elektromagnetischen Signalen jederzeit durch das MES bestimmbar ist und das MES zu jeder Zeit über Daten zum aktuellen Status und zur aktuellen Position des Werkstücks verfügt.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines Fertigungssteuerungssystems für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken mit einer Werkzeugmaschine gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen, in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werkstück, die Bearbeitungsparameter und Werkstückparameter umfasst, abgelegt ist, zur
- Zuordnung des Bearbeitungsplans zu einem Mobileinheitsdatensatz einer Mobileinheit eines Innenraum-Ortungssystems einer Fertigungshalle, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird,
- Nutzung einer Bilderfassungseinheit zum Aufnehmen von Bilddaten eines bearbei- tungsplanspezifischen Gegenstands zum Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans, wobei der zur Mobileinheit gehörende Mobileinheitsdatensatz und mit dem Innenraum- Ortungssystem erfassten Positionsdaten der Mobileinheit in dem Fertigungssteuerungssystem abgelegt sind, und
Zuordnung des identifizierten Bearbeitungsplans zu dem Mobileinheitsdatensatz der
Mobileinheit in dem Fertigungssteuerungssystem.
In einigen Ausführungsformen ist der bearbeitungsplanspezifische Gegenstand ein Auftragspapier des zuzuordnenden Bearbeitungsplans oder ein Code, der den Bearbeitungsplan identi- fiziert. Beispielsweise ist der bearbeitungsplanspezifische Gegenstand ein Werkstück, das vom Bearbeitungsplan betroffen ist.
In einigen Ausführungsformen kann beim Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans in dem Fertigungssteuerungssystem ein Abgleich von Geometriedaten des mit der Bil- derfassungseinheit aufgenommenen Werkstücks mit in den werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen als Werkstückparameter abgelegten Geometriedatensatzes, insbesondere Soll- Geometriedaten, von zu bearbeitenden Werkstücken erfolgen. Basierend auf dem Ergebnis des Abgleichs kann der identifizierte Bearbeitungsplan automatisiert dem Mobileinheitsdaten- satz zugeordnet werden.
In einigen Ausführungsformen kann beim Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans mit dem Fertigungssteuerungssystem ein Abgleich der Geometriedaten des mit der Bilderfassungseinheit aufgenommenen Werkstücks mit in den werkstückspezifischen Bearbei- tungsplänen als Werkstückparameter abgelegten Geometriedatensätzen, insbesondere Soll- Geometriedaten, von Werkstücken erfolgen, wobei sich aus dem Abgleich eine Gruppe von Bearbeitungsplänen ergeben kann, die einem Bediener zur Auswahl des zuzuordnenden Bearbeitungsplans dargestellt wird. In einigen Ausführungsformen der Verfahren können diese ferner ein räumliches Zuordnen eines dem zugeordneten Bearbeitungsplan zugehörigen Werkstücks zu der Mobileinheit umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das Fertigungssteuerungssystem der Mobileinheit einen Werkstückparameter bereitstellen, der zum Ausgeben von Information über das Werkstück, das der Mobileinheit zugeordnet ist, vorgesehen ist, um eine manuelle Durchführung der räumlichen Zuordnung zu unterstützen.
In einigen Ausführungsformen kann das Fertigungssteuerungssystem die Mobileinheit derart anzusteuern, dass mindestens ein Bearbeitungsparameter und/oder Werkstückparameter auf einer Anzeigeneinheit dargestellt wird.
In einigen Ausführungsformen können für das Bereitstellen der Mobileinheit ferner Bilddaten der Mobileinheit, insbesondere von auf einer Anzeigeneinheit der Mobileinheit dargestellter Information, mit der Bilderfassungseinheit aufgenommen werden, mit denen der zugehörende Mobileinheitsdatensatz bestimmbar ist.
Mehrere Werkstücke, insbesondere solche, die im Endzustand die gleiche Form aufweisen und die gleichen Prozessschritte durchlaufen haben, und besonders solche, die auch zu einem gemeinsamen Auftrag gehören, werden als Werkstücksammeieinheiten oder Werkstückverbund bezeichnet. Diese werden üblicherweise an einer Werkstücksammelstelleneinheit abgelegt. Es ist vorteilhaft, jeder Werkstücksammeieinheit eine Mobileinheit zuzuordnen, insbesondere sowohl physisch (indem die Mobileinheit in der Nähe einer Werkstücksammelstellen- einheit z. B. auf die Werkstücksammelstelleneinheit platziert wird) als auch organisatorisch (indem ein Mobileinheitsdatensatz einem Bearbeitungsplan im Fertigungssteuerungssystem digital zugeordnet werden). Im Fertigungssteuerungssystem kann eine Liste aller Aufträge (inklusive Bearbeitungsplänen) abgelegt sein. Jeder der Aufträge kann einer Werkstücksammeieinheit zugeordnet werden. Wenn zusätzlich eine Zuordnung der Aufträge zu je einer Mo- bileinheit erfolgt, dann ist jeder Auftrag in der Fertigungshalle jederzeit lokalisierbar. Dies kann ferner mit rückgemeldeten Informationen von Arbeitsplätzen und/oder Maschinen im Fertigungssteuerungssystem kombiniert werden.
Die Innenraum-Ortung und das Innenraum-Ortungssystem zeichnen sich dabei dadurch aus, dass die Positionsbestimmung der Mobileinheiten allein durch die Analyseeinheit, also ohne manuelle Interaktion, erfolgen kann. Bisherige Systeme zur Ortung von Werkstücken oder Aufträgen in Fertigungsstätten haben den Nachteil, dass verloren gegangene Werkstücke oder Aufträge manuell gesucht werden müssen. Man hat erkannt, dass diese manuellen Suchvorgänge , insbesondere in Fertigungsstätten mit einer hohen Anzahl von kleinen und ständig wechselnden Aufträgen, also z.B. in Lohnfertigungsstätten, einen enorm hohen Anteil der nichtproduktiven Zeit ausmachen. Mit der erfindungsgemäßen Ortung und dem beschriebenen System können die Positionen der Werkstücke und damit der Aufträge z. B. auf einem Bildschirm aufgerufen, gefiltert oder gezielt lokalisiert werden. Die Notwendigkeit von zeitauf- wändigen manuellen Suchvorgängen von Werkstücken, aber auch von Werkzeugen oder Per- sonen, kann so insbesondere in der (stahl- und/oder blechverarbeitenden) industriellen Fertigung drastisch verringert werden.
Weitere Vorteile von hierin offenbarten Aspekten betreffen die erleichterte Einbindung einer Innenraum-Ortung in Fertigungsprozesse.
In einigen Ausführungsformen wird die Bearbeitung des oder der Werkstücke an Arbeitsplätzen gesteuert oder überwacht, die mit der Fertigungssteuerung vernetzt oder in diese integriert sind. Derartige Maschinenarbeitsplätze umfassen Maschinen, die Fertigungsanweisungen per Datenverbindung, insbesondere digital, übermittelt bekommen und durchführen. Dabei kann kein oder nur ein minimaler Eingriff durch den Bediener erfolgen. Solche Maschinen werden üblicherweise als automatisierte oder vollautomatisierte Maschinen bezeichnet. Derartige Maschinen können auch den Status der Fertigung an eine Fertigungssteuerung melden. In einigen Ausführungsformen wird die Bearbeitung des oder der Werkstücke an Arbeitsplätzen, die mit der Fertigungssteuerung nur zu einem sehr geringen Grad oder gar nicht vernetzt oder in diese nicht integriert sind, gesteuert und/oder kontrolliert. Das können Arbeitsplätze sein, bei denen die Arbeitsschritte manuell von Menschenhand durchgeführt werden oder solche, die wohl Maschinen aufweisen, die aber nur zu einem sehr geringen Grad oder gar nicht vernetzt sind oder sich auch nur sehr aufwändig vernetzen lassen, z. B. sogenannte Handarbeitsplätze, wie sie in DE 10 2016 220 015.1,„Handarbeitsplatzeinheit, Arbeits- Datenverarbeitungsvorrichtung, Handarbeitsplatzbetreibungssystem, Handarbeitsplatzbe- triebsverfahren und Handarbeitsplatzbereitstellungsverfahren" mit Anmeldetag 13. Oktober 2016 beschrieben sind. Auch diese genannte deutsche Patentanmeldung wird hierin vollum- fänglich aufgenommen.
Arbeitsplätze, die nur zu einem sehr geringen Grad vernetzt sind, können beispielsweise Handarbeitsplätze mit einfachen Maschinen sein, wie Arbeitsplätze zum Bohren, Sägen, Fräsen und Biegen. Ihre einzige Vernetzung kann in einem Überwachungssystem bestehen, wie es in der DE 10 2016 220 015.1 beschrieben ist. Eine weitere Vernetzungsmöglichkeit ist die
Überwachung der Leistungsaufnahme solcher Maschinen und die Vernetzung der Informationen aus der Leistungsaufnahme. So kann, wenn eine Maschine gar keine Leistung verbraucht hat, z. B. gefolgert werden, dass die Maschine den Auftrag noch nicht abgearbeitet haben kann.
Insbesondere die Kombination aus Fertigungsprozessen mit Arbeitsplätzen, die mit der Fertigungssteuerung vernetzt oder in diese integriert sind und solchen, die es nicht oder nur zu einem sehr geringen Grad sind, stellt heute noch einen wichtigen Hinderungsgrund für die effektive und effiziente Fertigungssteuerung dar, weil Aufträge nach wie vor auf Papier ausge- druckt werden, wenn sie von einem automatisierten Arbeitsplatz zu einem nicht automatisierten Arbeitsplatz kommen. Das verlangsamt die Fertigung. Das erschwert auch die Flexibilität, wenn beispielsweise ein besonders schnell zu bearbeitender Auftrag mit mehreren Prozessschritten an mehreren Arbeitsplätzen innerhalb kurzer Zeit abgearbeitet werden soll. Ein Fertigungsbetrieb, der dies reibungslos sicherstellen kann, hat gegenüber seinen Wettbewerbern, die das nicht können, Vorteile. Mit der Ortung der Werkstücke und der Verknüpfung der Ortung mit der Fertigungssteuerung können die hierin offenbarten Konzepte eine flexible und schnelle Fertigung von Endprodukten ermöglichen. Basierend auf den hierin offenbarten Konzepten können intelligente Assistenzsysteme in Fertigungshallen eine 2D- oder 3D-Positionsbestimmung von Werkstücken (allgemein Material) und optional Personen, (z. B. Bearbeitern), Transportmedien, Maschinen, Werkzeugen und vielem mehr zur Unterstützung von Fertigungsprozessen nutzen. Dadurch wird es möglich, 2D- oder 3D-Positionen als Information, die zusätzlich zu weiteren Sensorinformationen vor- liegt und gemäß den hierin offenbarten Konzepten bestimmt wurde, im Rahmen einer gesamtheitlichen Fertigungssteuerung und Digitalisierung von Fabriken zu verwenden.
Die hierin offenbarten Konzepte basieren auf der Verwendung eines 2D-/3D-Innenraum (indoor)-Ortungssystems als Ausgangsbasis für die ortsabhängige Informationsverarbeitung. Das Ortungssystem kann optional mit weiterer Sensorik, zum Beispiel mit Beschleunigungsund/oder Lagesensoren, ausgestattet sein und so ferner als Ausgangsbasis für eine lageabhängige Informationsverarbeitung dienen. Dadurch wird insbesondere eine orts- (und gegebenenfalls läge-) abhängige Interaktion im Rahmen des 2D-/3 D-Innenraum-Ortungssystems bei der Fertigungssteuerung sowie eine Optimierung von Fertigungsvorgängen möglich. Beispiels- weise können virtuelle Schranken (Gates) und Zonen eingesetzt werden, um einen Ferti- gungsprozess und nachfolgende Produktionsschritte automatisiert zu überwachen und zu steuern. Dies kann insbesondere in Echtzeit erfolgen.
Es wurde erkannt, dass der Einsatz derartiger Ortungssysteme bei Berücksichtigung der zu erwartenden Prozessvorgänge in einer Fertigungshalle auch im speziellen Umfeld einer stahl- und/oder blechverarbeitenden Industriefertigung möglich ist. Entsprechend können derartige Ortungssysteme in ein Fertigungssteuerungssystem (hierin auch als MES (Manufacturing Execution System) bezeichnet) integriert werden. Durch die Berücksichtigung der zu erwartenden Prozessvorgänge in einer Fertigungshalle wird der Einsatz derartiger Ortungssysteme z. B. trotz des vorhandenen Stahls und Blechs möglich, obwohl metallische Werkstücke die verwendeten elektromagnetischen Signale reflektieren und abschirmen können. Der Einsatz ist auch dann noch möglich, wenn die metallischen Werkstücke überdies noch örtlich bewegt werden und sich so die Reflexionsflächen ständig in ihrer Position und Ausrichtung ändern. Bezugnehmend auf die eingangs erwähnte Verbuchung von physischem Materialfluss und Bearbeitungsschritten entsteht beim Einsatz von 2D-/3D-Innenraum-Ortungssystemen eine Komplexität bei der aufwandsarmen, dynamischen Zuordnung von gewonnener Ortsinformation zu physischen Komponenten. Die hierin offenbarten Konzepte adressieren diese Komple- xität und erlauben es beispielsweise, Produktionsaufträge mit zugeordneter Kennung ohne aufwändige Interaktion einer Mobileinheit, mit der zuzuordnende Ortsinformation gewonnen wird, zuzuordnen.
Innenraum-Ortungssysteme erlauben die detaillierte Abbildung von Materialflüssen in der Fertigung innerhalb einer Fertigungshalle in die digitale Prozessverarbeitung. Die Ortungssysteme vereinfachen dabei die Lokalisierung der an der Fertigung teilnehmenden Objekte/Personen im Produktionsumfeld. Werden Werkzeuge, Betriebsmittel oder Ladungsträger initial einmal mit einer Mobileinheit des Ortungssystems ausgestattet, sind diese im digitalen Steuerungssystem manuell oder automatisiert entsprechend digitaler Information zuzuordnen. Dies bezieht sich auch auf temporär an der Fertigung beteiligte Objekte wie beispielsweise Produktionsaufträge oder Servicepersonal. Temporär benötigte dynamische Zuordnungen können immer wieder neu entstehen und werden nur wenige Stunden, Tage oder Wochen in der Fertigungshalle benötigt. Um die dynamische Zuordnung der Mobileinheiten zu neuen Produktionsaufträgen aufwandsarm und zuverlässig zu ermöglichen und sicherzustellen, kön- nen die hierin vorgeschlagenen Prozesshilfen verwendet werden.
Dies betrifft insbesondere den Einsatz von optischen Sensoren für die einfache Zuordnung von beispielsweise Produktionsaufträgen zu Mobileinheiten des Ortungssystems. Dabei wird eine enge Verzahnung von Zuordnungsprozess und Fertigungsprozess möglich, die die Pro- zesssicherheit insbesondere auch in einem noch vorwiegend manuellen Umfeld der Fertigung sicherstellt.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen der Integration einer derartigen Innenraum- Ortungstechnologie in die Prozesse der Blechfertigung können u. a. folgende Verfahrens- schritte, Verwendungen und Vorteile aufweisen:
- Abbildung der wechselnden Zuordnung von Aufträgen,
- Abbildung einer Assistenz für eine Person, z. B. Bearbeiter, mit Hilfe des Ortungssystems und weiterer Sensorik, insbesondere bei der Lokalisierung von Werkstücken und Werkzeugen, - Gewährleisten einer prozesssicheren und aufwandsarmen Fertigung durch automatisierte Abläufe mit geringen Freiheitsgraden für den Bearbeiter,
- Intuitiver Fertigungsablauf ohne aufwändige Informationsbeschaffung für den Bearbeiter. Die Innenraum-Positionsbestimmung kann mit den hierin offenbarten Verfahren auf unter 30 cm, insbesondere unter 10 cm, Genauigkeit in einer von GPS-Satellitensignalen nicht erreichbaren Fertigungshalle mit einem Grundriss im Bereich von z. B. 1 ha erfolgen. Diese Genauigkeit ist mit anderen Techniken (Bluetooth, WiFi, WLAN, Infrarot, Mobilfunk, RFID) im Wesentlichen nicht möglich. Bei der Ortung von Werkstücken, Aufträgen, Personen (z. B. Bearbeitern) und/oder Werkzeug sind viele Anforderungen zu berücksichtigen. Offensichtlich richtet sich die industrielle Fertigung mehr und mehr auf Fertigung von Kleinserien mit vielen einzelnen Arbeitsschritten (Fertigungsprozesse wie z.B. Schneiden, Biegen, Schleifen, Oberflächenbehandlung) an unterschiedlichen Arbeitsplätzen wie Maschinenarbeitsplätze und manuelle Arbeitsplätze ein. So sind oftmals mehrere hundert unterschiedliche Aufträge an einem Tag zu erledigen, die alle unterschiedliche Arbeitsschritte erfordern.
Sobald nur eine Störung auftritt, kann die Fertigungssteuerung sehr schnell sehr unübersichtlich werden. Zeitaufwändig werden halb oder noch gar nicht bearbeitete Aufträge in der Fertigungshalle durch einzelne Personen gesucht und deren Status ermittelt. Dieser wird dann an die Fertigungssteuerung übermittelt. Das kann zu einem erheblichen Zeitverlust bei der eigentlichen Fertigung führen.
Durch die immer schneller werdenden Verarbeitungsschritte bei der produktiven Bearbeitung und bei der Erhöhung der Anzahl unterschiedlicher Aufträge mit immer kleinerer Anzahl von Gleichteilen, können derartige Ausfälle immer häufiger auftreten. Die dadurch verursachten Zeitausfälle reduzieren die produktive Zeit. Sollen Aufträge, Werkstücke, Personen, z. B. Bearbeiter, und Werkzeuge schnell aufgefunden werden, ist die hierin offenbarte Ortung zumindest einzelner dieser Einheiten hilfreich, Fehlzeiten zu reduzieren. Insbesondere erfüllt sie die sehr hohen Anforderungen für eine Industriefertigung.
Bei der Industriefertigung ist eine Ortung in Echtzeit angestrebt. Sie soll örtlich so genau sein, dass Mobileinheiten sicher gefunden und/oder den Bearbeitungsschritten zugeordnet werden können. Dazu hat sich herausgestellt, dass eine Ortung, die nur auf 1 m genau ist, nicht ausreicht. Auch ist eine Ortung, die bei jeder Veränderung des Abstrahlungsverhaltens elektro- magnetischer Wellen, verursacht z. B. durch Bewegung von metallischen Werkstücken in der Fertigungshalle, neu kalibriert werden müsste, nachteilig und oft nicht einsetzbar. Die Ortung soll zudem flexibel sein, mehrere Aufträge sollten zu einem Auftrag zusammenfassbar sein, ein Auftrag sollte aufteilbar in mehrere Aufträge sein etc. Die Ortung sollte einfach zu bedie- nen sein. Sie sollte ausfallsicher sein.
Allgemein können die hierin offenbarten Konzepte eine Erhöhung der Prozesssicherheit, eine Optimierung von Durchlaufzeiten und entsprechend eine Kostenoptimierung der Produktion ermöglichen. Im Speziellen können die hierin offenbarten Konzepte eine z. T. erhebliche Zeit- einsparung im Fertigungsprozess bewirken, wobei sich der Fertigungsprozess z. B. von der Herstellung einer erforderlichen Stückzahl von Teilen bis zur korrekten Weitergabe an einen Nachfolgeprozess (z. B. einen nachfolgenden Metallbearbeitungsschritt) erstreckt. Mehrere Aufträge können ferner quasi gleichzeitig prozesssicher umgesetzt werden. Die hierin offenbarten Konzepte erlauben ferner eine einfache Zuordnung von Werkstücken im Rahmen des Ortungssystems. So können offene Aufträge trotz der Komplexität von mehreren gleichzeitig zu bearbeitenden Aufträgen optimiert werden.
Ferner kann eine flexible Abarbeitung verschiedener Prozessabläufe mit der begleitenden Zeiteinsparung erfolgen, wenn Maschinen wie Laserschneidmaschinen und/oder Stanzma- schinen in den teilautomatisierten Herstellungsprozess eingebunden werden. Ferner kann die Fehlervermeidung und die automatische, korrekte Verbuchung von Werkstücken, Bearbeitungsschritten etc. die Basis für eine datenbasierte Echtzeitsteuerung der Metallverarbeitung (z. B. der Stahl- und Blechfertigung) legen. Entsprechend werden auch Werkzeugmaschinen, die bei der Erstellung von kleinen Losgrößen von Werkstücken eingesetzt werden, in eine von einem MES im Rahmen der Industrie 4.0 gesteuerte Fertigung einbindbar.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu- ren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Fertigungssteuerungssystems mit einem Innenraum-Ortungssystem, Fig. 2 eine Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer UWB-basierten Mobileinheit,
Fig. 3 eine Darstellung einer weiteren beispielhaften Mobileinheit auf einem Transportwagen für Werkstücke,
Fig. 4 einen beispielhaften digitalen Lageplan einer Fertigungshalle,
Fig. 5 einen weiteren beispielhaften digitalen Lageplan,
Fig. 6 eine beispielhafte Darstellung einer Werkzeugmaschine, die in ein Innenraum- Ortungssystem eingebunden ist,
Fig. 7 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung einer mit einem Innenraum-Ortungssystem unterstützten Fertigung und
Fig. 8 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung von Verfahrensschritten zur industriellen Fertigung eines Endprodukts.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass mit der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit neuer insbesondere auf der UWB-Technologie basierender Ortungssysteme, beispielsweise mit einer Genauigkeit in der Ortsbestimmung von kleiner 30 cm, insbesondere kleiner 10 cm, der Einsatz von Innenraum-Ortungssystemen im Rahmen der industriellen Fertigung sinnvoll möglich wird.
Die hierin offenbarten, für die Integration in die industrielle Fertigung vorgesehenen Ortungssysteme basieren auf Mobileinheiten (hierin auch als "Tags" bezeichnet) und stationären Sen- de-Empfangseinrichtungen (hierin auch als "Anker" oder "Anchors" bezeichnet). Bei der Integration in die industrielle Fertigung wird zur Positionsbestimmung eines Werkstücks, allgemein eines Gegenstands ("Assets"), dieses jeweils mit mindestens einer Mobileinheit versehen bzw. mit dieser funktionell oder räumlich in Bezug gesetzt (hierin auch als physische oder räumliche Zuordnung bezeichnet). Die Mobileinheiten sind allgemein elektronische Bauteile, die dazu in der Lage sind, mit den Sende-Empfangseinrichtungen, insbesondere mittels UWB- Kommunikationstechnologie, zu kommunizieren. Jede Mobileinheit kann zur Feststellung von Laufzeiten über eine eigene Zeitbestimmungseinheit ("Clock") verfügen.
Eine räumliche Zuordnung kann dadurch durchgeführt werden, dass eine Mobileinheit nahe eines zugeordneten Werkstücks oder am Werkstück selbst positioniert wird oder das Werkstück auf einer Werkstücksammelstelleneinheit, an der eine Mobileinheit vorgesehen ist, beispielsweise ein Transportwagen, ein Sammelbehälter oder eine Palette abgelegt wird. Die Mobileinheit kann dort (oder auch an einer Person) fest angebracht sein oder an dem Werkstück/der Werkstücksammelstelleneinheit anheftbar oder auf ihr abgelegt werden. Für ein Anheften kann die Mobileinheit z. B. über einen Haltemechanismus verfügen, beispielsweise ein Magnet oder eine Klemm-, Schraub-, Klipp-, Bajonett- oder Saugvorrichtung, mit dem sie an dem Werkstück oder an der Werkstücksammelstelleneinheit derart verbunden werden kann, dass sie sich nicht unkontrolliert von dieser lösen kann.
Neben der vorzunehmenden räumlichen Zuordnung eines z. B. Werkstücks zur Mobileinheit kann ferner eine Zuordnung der Mobileinheit (und damit des räumlich zugeordneten Werk- Stücks) zu dem zugehörigen Produktionsauftrag des Werkstücks vorgenommen werden (hierin auch als digitale Zuordnung des Fertigungsprozesses oder kurz Bearbeitungsplan-Zuordnung bezeichnet).
Voll- oder teilautomatisierte Bearbeitungsplan-Zuordnungen verbinden beispielsweise einen Produktionsauftrag mit einer spezifischen Mobileinheit des Ortungssystems. Sie können beispielsweise durch einen kombinierten Einsatz eines Assistenzsystems im Umfeld des Bedie- ners und des Ortungssystems durchgeführt werden.
Ein Beispiel eines Assistenzsystems ist ein optisches Assistenzsystem, bei dem mit optischen Sensoren vom Bediener ergriffene Werkstücke oder Werkzeuge erkannt und im Kontext der zur Verfügung stehenden Produktionsdaten aus den Produktionsaufträgen (bevorzugt) eindeutig für die Bearbeitungsplan-Zuordnung identifiziert werden. Ein beispielhaftes Assistenzsystem ist in der eingangs aufgeführten DE 10 2016 120 131.6 offenbart. Derartige Assistenzsysteme können ferner für die räumliche Zuordnung eingesetzt werden, wenn beispielsweise Bilddaten das Werkstück und die Mobileinheiten betreffen. Des Weiteren kann ein oder mehrere an der Mobileinheit vorgesehene Sensoren für die Bearbeitungsplan-Zuordnung, aber auch für die räumliche Zuordnung eingesetzt werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit Ausführungsformen der Mobileinheit erläutert wird. Die räumliche Zuordnung kann dann die weitere Verfolgung des erkannten und zugeordneten Werkstücks über die lokalisierbare Mobileinheit während des nachfolgenden Fertigungsprozesses unterstützen. Nachfolgend und in Zusammenhang mit den nachfolgend beschriebenen Figuren werden verschiedene physische (räumliche) und digitale (Prozess-) Zuordnungen bei- spielhaft erläutert. Diese können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Dabei stellt die enge Verzahnung des Prozessablaufs die Prozesssicherheit im manuellen Umfeld sicher.
Bei der digitalen Zuordnung können die Mobileinheiten mit Produktionsaufträgen verknüpft werden. Die Produktionsaufträge betreffen Bearbeitungsprozesse an verschiedenen Fertigungsstationen, beispielsweise an einer Laserschneidmaschine oder an einer Stanzmaschine sowie z. B. an einem Kommissionierplatz. Zur Verfolgung eines Produktionsauftrages kann nun eine Mobileinheit zur Verfügung stehen. Die digitale Zuordnung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Mobileinheit in einer geometrisch definierten Zone positioniert wird. Bei Anwesenheit der Mobileinheit in der Zone wird diese mit einem der noch nicht zugeordneten Produktionsaufträge verknüpft. Dabei können Informationen zu diesem Auftrag eingangs auf die Mobileinheit geladen werden oder je nach Bedarf auf diese immer aktuell geladen werden. Die digital zugeordneten Mobileinheiten können z. B. auf Werkstücksammelstellen wie Wagen oder Paletten, allgemein Ladungsträger, vom Bediener verteilt werden, auf denen während der Fertigung die Werkstücke eventuell Kamera-assistiert abgelegt werden (physische Zuordnung). Ebenso können Werkzeuge einer Mobileinheit digital zugeordnet werden. Im Rahmen einer Maschinen-basierten digitalen und/oder physischen Zuordnung können bei aus- reichend automatisierten Fertigungsstationen die Mobileinheiten auch durch die im Produkti- onsprozess befindlichen Maschinen auf den Ladungsträgern positioniert werden.
Bei der physischen Zuordnung kann der Bediener oder eventuell eine entsprechend
ansteuerbare Maschine die zuzuordnenden Werkstücke automatisiert auf dem Ladungsträger neben der evtl. bereits digital zugeordneten Mobileinheit ablegen. Die physische Zuordnung wird beispielsweise manuell mit einer Bestätigung direkt an der Mobileinheit oder über das MES abgeschlossen.
Ferner kann die physische Zuordnung durch ein den manuellen Handhabungsvorgang verfol- gendes Assistenzsystem unterstützt werden. Nimmt ein Bearbeiter ein Werkstück oder Werkzeug auf, kann diese Aufnahme sensorisch durch das Assistenzsystem erfasst werden. Die Zuordnung durch das Assistenzsystem zu einer bereits digital zugeordneten Mobileinheit kann beispielsweise auf zwei Arten erfolgen. Zum einen kann der Bearbeiter visuell das reale Werkstück/Werkzeug einer schematischen Skizze zuordnen, die auf einer Anzeigeeinheit der Mobileinheit angezeigt wird. Zum anderen kann durch Registrierung des erfolgreichen Griffes eines Werkstücks/Werkzeugs die entsprechend zugeordnete Mobileinheit ein beispielsweise optisches oder akustisches Signal abgeben. Alternativ zur vorausgehend durchgeführten digitalen Zuordnung kann das Assistenzsystem veranlassen, dass eine Mobileinheit, in dessen Nähe ein Werkstück/Werkzeug abgelegt wird, gemäß des vom Assistenzsystem erkannten Typs des Werkstücks/Werkzeugs digital zugeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich zum kamerabasierten Assistenzsystem kann die dynamische Zuordnung erfolgen, indem z. B. Auftragspapiere und/oder ein Code (z. B. Barcode, QR-Code etc.) der Mobileinheit gescannt werden. Ferner kann ein gemeinsames oder es können zwei separate Fotos mit dem Code der Auftragspapiere und dem Code der Mobileinheit ausgewertet werden. In einigen Zuordnungsverfahren kann dabei ein Foto der Auftragspapiere mit einer Ka- mera an der Mobileinheit (oder einer separaten Kamera des Bedieners) evtl. ergänzend zu einem optischen Assistenzsystem aufgenommen werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Verarbeitung der Information auf Auftragspapieren kann die Sollgeometrie des Werkstücks herangezogen werden. Nach einem Abgleich der beispielswei- se mit dem kamerabasierten Assistenzsystem oder der Kamera an der Mobileinheit erfassten Geometrie des Werkstücks mit der Sollgeometrie können dann Informationen aus dem zentralen Produktionsdatensystem nachgeladen und dem Bediener angezeigt werden. Falls die Bildverarbeitung keine eindeutige Identifikation zulässt, kann dem Bediener eine Teilmenge der aktiven Produktionsaufträge auflisten, welche für die erfasste Geometrie in Frage kommen. Der Bediener trifft dann die finale Auswahl und stellt die digitale Zuordnung her.
So lässt sich die Prozesssicherheit verbessern. Insbesondere ähnlich wirkende Werkstücke/Werkzeuge können eindeutig zugeordnet werden, ohne dass sie durch den Bearbeiter beispielsweise verwechselt, entsprechend falsch zugeordnet und fehlerhaft bearbeitet werden.
Fig. 1 zeit schematisch ein Fertigungssteuerungssystem 1, das ein MES (Manufacturing Execution System) 3 und ein Innenraum-Ortungssystem 5 (hierin kurz Ortungssystem) um- fasst. Das MES 3 ist mit einer oder mehreren in einer Fertigungshalle positionierten Werkzeugmaschinen 7 über kabellose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindungen 9 verbunden. Allgemein dient das MES 3 der Steuerung von Prozessabläufen/Fertigungsschritten bei der industriellen Fertigung von Werkstücken mit den Werkzeugmaschinen 7. Es dient damit ins- besondere der Steuerung der Werkzeugmaschinen 7. Dazu empfängt das MES 3 Informationen über die Prozessabläufe/Fertigungsschritte sowie Statusinformation der Werkzeugmaschinen 7. Das MES 3 stellt ein Datenverarbeitungssystem oder allgemein ein Datenverarbeitungsverfahren dar, das in einer Datenverarbeitungsvorrichtung implementiert sein kann. Bei dieser kann es sich um eine einzelne elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung (Server) oder um einen Verbund von mehreren Datenverarbeitungsvorrichtungen (Serverver- bund/Cloud) handeln. Die Datenverarbeitungsvorrichtung oder der Verbund kann örtlich in der Fertigungsstätte vorgesehen werden oder außerhalb dezentral aufgebaut werden.
Eine Plattform, auf der die Datenverarbeitungsvorrichtungen zur Verfügung stehen können - d. h., auf der das MES 3 implementiert werden kann, kann eine sogenannte Cloud sein. Die Cloud umfasst z. B. einen externen Server mit Rechen- und Speicherkapazität, den mehrere Produkthersteller gleichzeitig nutzen können. Dabei kann durch Zugangsauthentifizierungen, Passwörter etc. sicher gestellt werden, dass kein Hersteller auf die Daten eines anderen Herstellers oder des Betreibers der Fertigungsanlage zugreifen kann. Es kann sichergestellt wer- den, dass kein außenstehender Dritter auf die gespeicherten Daten zugreifen kann. Ein Schutz vor ungewolltem Zugriff kann dadurch gewährleistet werden, dass diejenigen Daten, die in der Cloud gespeichert sind, auch dort verarbeitet werden, und der Hersteller oder Betreiber der Fertigungsanlage, der die Daten nutzen möchte, seinerseits die Daten nur in der Cloud verarbeitet. Derartige Cloud-Nutzungen können zu einer bedeutenden Vereinfachung von System- konfigurationen und einer begleitenden Kostenersparnis führen.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann eine Benutzer-Oberfläche (GUI = Graphical User Interface) mit verschiedenen Anwendungsprogrammen (APPs) aufweisen. Mit der Bereitstellung verschiedener APPs, die ein bestimmtes Anwendungsprogramm ausführen können, kann die Fertigungssoftware, die ein Unternehmen benötigt, segmentiert aufgebaut werden, sodass sie je nach Bedarf - wie bei Nutzung einer spezifischen APP - nur dann abgerufen werden muss, wenn sie benutzt werden soll. Dies ermöglicht, dass eine Nutzung an den Provider, der die Fertigungssoftware bereitstellt, je nach Bedarf vergütet werden kann. Das Ortungssystem 5 kann mehrere Sende-Empfangseinheiten 13 und mindestens eine Mobileinheit 15 aufweisen. Das Ortungssystem 5 kann ferner mit dem MES 3 zusammenwirken. Beispielsweise kann eine Analyseeinheit 11 des Ortungssystems 5 als ein Teil des MES 3 ausgebildet sein.
Die Sende-Empfangseinheiten 13 können dazu eingerichtet sein, an die Mobileinheiten 15 UWB-Radiosignale zu senden und von diesen UWB-Radiosignale zu empfangen.
Der Abstand zwischen einer örtlich beweglichen Mobileinheit 15 und einer z. B. fest instal- Herten Sende -Empfangseinheit 13, kann durch die Zeit bestimmt werden, die das Signal zum Überwinden der Distanz zwischen den beiden Einheiten benötigt. Werden die Distanzen von mehreren Sende-Empfangseinheiten 13 ermittelt, deren Ort jeweils bekannt ist, kann der räumliche Ort der Mobileinheit 15 in Bezug zu den Sende-Empfangseinheiten 13 z. B. durch Triangulation bestimmt werden.
Für eine Laufzeitbestimmung können die Sende-Empfangseinheit 13 und die Mobileinheit(en) 15 über hochgenaue Uhren verfügen, die die Zeit auf wenige oder sogar nur Bruchteile von ns genau bestimmen können. Auch wenn die Uhren in der Sende-Empfangseinheit 13 und in der Mobileinheit 15 hochgenau sind, so sind die Uhren noch nicht zwingend synchronisiert. Es können unterschiedliche Verfahren der Synchronisation von Uhren oder der Elimination von Fehlern folgend aus dem asynchronen Uhrenverlauf eingesetzt werden. So kann beispielsweise eine der Sende-Empfangseinheiten 13, z. B. als Master-Positionsbestimmungseinheit, ein Signal zu einer ersten Zeit Tl versenden und ein zweites Signal zu einer zweiten Zeit T2. Der Mobileinheit 15 kann der Zeitunterschied T2-T1 bekannt sein oder zusammen mit den Signa- len übermittelt werden, so dass sie sich auf die Zeit der Sende-Empfangseinheiten 13 synchronisieren kann. Alternativ kann die Mobileinheit 15 zwei Signale in einem vorbekannten zeitlichen Abstand Ta senden. In diesem Fall kann die Sende-Empfangseinheit 13 anhand ihrer eigenen Zeitmessung mit ihrer eigenen Uhr vom Empfang des ersten Signals bis zum Empfang des zweiten Signals die Synchronisationsabweichung ermitteln und aus der Dis- tanzmessung herausrechnen. Der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal sollte gering sein, sodass sich die Mobileinheit in dieser Zeit nicht örtlich wesentlich bewegt hat. Der zeitliche Abstand kann von der Mobileinheit so gewählt werden, dass er ein vorgegebenes Vielfaches oder ein vorgegebener Bruchteil der Zeit ist, die die Mobilein- heit benötigt vom Empfang eines Signals, auf das es antworten soll, bis zur Ausgabe des ersten Signals.
Die Sende-Empfangseinheiten 13 können ferner über kabellose oder kabelgebundene Kom- munikationsverbindungen mit der Analyseeinheit 11 verbunden sein.
Die Mobileinheiten 15 können beispielsweise nur über die Sende-Empfangseinheiten 13 kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich können sie eigenständig über weitere Kommunikationsverbindungen 9 (zum Beispiel eine WLAN- Verbindung) mit der Analyseeinheit 11/dem MES 3 kommunizieren.
Allgemein kann die Datenkommunikation der Sende-Empfangseinheiten 13 und der Mobileinheiten 15 mit dem Fertigungssteuerungssystem 1, insbesondere mit dem MES 3, bidirektional möglich sein.
In einigen Ausführungsformen können WLAN-Sendestationen in die Sende-Empfangseinheiten 13 des Ortungssystems 5 für einen Datenzugang in das Fertigungssteuerungssystem 1 integriert werden, sodass über die Sende-Empfangseinheiten 13 digitale Daten in der Fertigungshalle mobil z. B. über Smartphones oder Tablets zugänglich sind. Die Integration der WLAN- Sendestationen in die Sende-Empfangseinheiten 13 kann die Installation und das Betreiben eines Datenkommunikationssystems in der Fertigungshalle vereinfachen.
Die Analyseeinheit 11 kann beispielsweise als eine zentrale Master-Positionsbestimmungseinheit (hierin auch als "Server" bezeichnet) dienen. Diese definiert beispielsweise einen Kommunikationsrahmen für die UWB-Kommunikation. Der Kommunikationsrahmen beinhaltet u. A. die Sendezeit des Rahmens/der UWB-Radiosignale. In einigen Ausführungsformen kann eine der Sende-Empfangseinheiten 13 als Master-Positionsbestimmungseinheit ausgebildet sein. In einer beispielhaften Umsetzung der Innenraum-Ortung übermittelt die Master- Positionsbestimmungseinheit für eine Positionserfassung einer der Mobileinheiten 15 den Kommunikationsrahmen an die Sende-Empfangseinheiten 13. Dieser Kommunikationsrahmen wird für den Signalaustausch für die Ortung zwischen den Mobileinheiten 15 und den Sende- Empfangseinheiten genutzt. Die Position der stationären Sende-Empfangseinheiten 13 bezüg- lieh der Master-Positionsbestimmungseinheit ist den Sende -Empfangseinheiten 13 beispielsweise durch eine Abfrage einer zentralen Datenbank bekannt, sodass den Sende- Empfangseinheiten 13 sowie der Analyseeinheit 11 der Zeitversatz zwischen Senden und Empfangen des UWB-Radiosignals über die Signallaufzeit bekannt ist.
Nach einem vorbestimmten Zeitintervall, z. B. 100 ms, übermittelt die Master- Positionsbestimmungseinheit einen zweiten Kommunikationsrahmen, der von den Sende- Empfangseinheiten 13 und den Mobileinheiten 15 empfangen wird. Durch Erfassung der Zeit vom Beginn des Empfangs des ersten Rahmens bis zum Beginn des Empfangs des zweiten Rahmens ist den Sende-Empfangseinheiten 13 und den Mobileinheiten 15 bekannt, was die Master-Positionsbestimmungseinheit z. B. genau unter 100 ms versteht. Die Mobileinheiten 15 und die Sende-Empfangseinheiten 13 können so die Frequenz ihrer Zeitbestimmungseinheiten mit der Master-Positionsbestimmungseinheit synchronisieren. Nach unterschiedlichen, vorher konfigurierten Zeitintervallen (gemessen ab dem Empfang des zweiten Frames) senden die Mobileinheiten 15 ein Antwortframe. Beispielsweise sendet ein "Tag 1" nach 10 ms, ein "Tag 2" nach 20 ms, ein "Tag 3" nach 30 ms, etc. Diese Funküber- tragung wird von den Sende-Empfangseinheiten 13 empfangen und der exakte Empfangszeit- punkt in Bezug auf den Sendebeginn des zweiten Frames der Master- Positionsbestimmungseinheit an die Analyseeinheit 11 übermittelt. Die Analyseeinheit 11 ermittelt dann z. B. über Trilaterationsverfahren die Position der Mobileinheiten 15 und gibt diese an das MES 3 weiter.
Eine Gruppe von Sende-Empfangseinheiten 13 kann einer Master-Positionsbestimmungs- einheit zugeordnet werden und die Empfangszeiten können an diese übermittelt werden. Zur Erfassung von Positionen in großen Fertigungshallen oder über mehrere Gebäude oder Räume hinweg können mehrere Gruppen von Sende-Empfangseinheiten 13 vorgesehen werden, die jeweils einer eigenen Master-Positionsbestimmungseinheit zugeordnet sind. Diese Master- Positionsbestimmungseinheiten können wiederum untereinander kommunizieren. Je nach Po- sition der Mobileinheiten 15 kann die Übermittlung der Empfangszeiten an unterschiedliche Master-Positionsbestimmungseinheiten (Server) und die Durchführung der Trilateration mit diesen unterschiedlichen Master-Positionsbestimmungseinheiten erfolgen. Über die beispielhaft zuvor beschriebene Analyse von Laufzeiten und Trilateration kann das Innenraum-Ortungssystem 5 die Position einer oder mehrere Mobileinheiten 15 über die Sen- de-Empfangseinheiten 13 unter Verwendung der UWB-Technologie erfassen. Die UWB- Technologie nutzt Frequenzbereiche von z.B. 3 GHz bis 5 GHz, wobei die UWB-Technologie einen relativ großen Frequenzbereich zur Ausbildung von zeitlich scharf begrenzten Signalverläufen (Kommunikationsrahmen) nutzt. Um nämlich ein Objekt, das Radiowellen aussendet, möglichst exakt lokalisieren zu können, benötigt man ein Signal mit sehr steilen Flanken. D.h., das Signal stellt eher einen rechteckförmigen Signalverlauf über die Zeit dar als einen sinusförmigen Verlauf. Dazu benötigt man ein Signal, bei dem mehrere sinusförmige Signale mit unterschiedlichen Frequenzen überlagert sind. Denn aus mehreren Sinussignalen mit unterschiedlichen Frequenzen kann eine Signal geformt werden, das eine steile Flanke besitzt und einem im Wesentlichen rechteckförmigen Verlauf über die Zeit angenähert werden kann. Das bedeutet, dass mehrere Frequenzen aus einem breitbandigen Frequenzspektrum zur Verfügung stehen müssen, um ein Signal zu formen. Entsprechend eignet sich für die exakte Lo- kalisierung insbesondere die UWB-Technologie, die über ein breitbandiges Frequenzspektrum verfügt. Die Technologie und die verwendbaren Frequenzbänder der UWB-Technik sind beispielsweise in dem Standard„IEEE 802.15 -2015" beschrieben.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Mobileinheit 15. Zur Interaktion eines Bedieners mit der Mobil- einheit 15 kann diese eine elektronisch ansteuerbare Anzeige 17, beispielsweise ein E-Ink- Display (auch als elektronische Papier- Anzeige bezeichnet), und/oder eine oder mehrere Signalabgabevorrichtungen 18 (LEDs) zur Ausgabe von Informationen aufweisen. Diese können z.B. sein: Art des aktuellen und des nächsten Bearbeitungsschritts, beispielsweise„Entgraten", „Laserschneiden" oder„Biegen"; Name und /oder Identifizierung des Auftrags; Datum, bei- spielsweise das Datum der Fertigstellung oder des Beginns des Auftrags; Anzahl der zu fertigenden Teile; Name oder Identifizierung des Kunden oder Auftraggebers.
Auf der Anzeige 17 können z. B. Informationen zum Auftrag, lesbar für Mensch und/oder Maschine, codiert und/oder in Schriftform und/oder als Figur dargestellt werden. Die Anzeige 17 kann auch als Signalabgabevorrichtung für eine Rückmeldung an den Benutzer genutzt werden, der die Mobileinheit 15 in einer der beschriebenen Arten bewegt (z. B. schüttelt) oder betätigt (z. B. eine Taste 19 drückt). Ein weiteres Beispiel einer Signalabgabevorrichtung ist eine Vorrichtung zur Ausgabe von Schall, insbesondere im hörbaren Bereich, insbesondere zur Ausgabe von Sprachinformationen. Allgemein kann die Mobileinheit 15 eine modulierbare Signalquelle zum Erzeugen von modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen als Signalabgabevorrichtung aufweisen. Sie kann dann - ähnlich dem in der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2016 106 352 Ul beschriebenen Kommunikationsgerät - als Daten sendendes Kommunikationsgerät zur drahtlosen Übertragung von Daten eingesetzt werden. Mithilfe eines derartigen insbesondere kame- ralosen Kommunikationsgeräts kann eine entsprechend ergänzte Mobileinheit im Zusammenspiel mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit beispielsweise Zugangsdaten übertragen. Dabei kann das Kommunikationsgerät mindestens einen Sensor zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen aufweisen und die Signalverarbeitungseinheit kann derart programmiert sein, dass sie aus empfangenen, modulierten Signalen die darin enthalte- nen Daten zurückzugewinnt.
Des Weiteren kann in die Mobileinheit 15 mindestens eine Signaleingabevorrichtung (beispielhaft wird in Fig. 2 eine Taste 19 gezeigt) zur Eingabe von Parametern integriert werden. Die Mobileinheit 15 kann ferner als Signaleingabevorrichtung einen einfachen Sensor zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen insbesondere einen Helligkeitssensor aufweisen. Sie kann dann, wie beispielsweise in der zuvor erwähnten DE 20 2016 106 352 Ul beschrieben, als Daten empfangendes Kommunikationsgerät zur drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden. Da- zu weist die Werkzeugmaschine mindestens eine modulierbare Signalquelle zum Erzeugen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen auf, die entsprechend den zu übertragenden Daten moduliert wurden. In einigen Ausführungsformen können z. B. solche Vorrichtungen der Werkzeugmaschine genutzt werden, die die Werkzeugmaschine zur Bearbeitung der Werkstücke ohnehin aufweist und die die Möglichkeit bieten, Schall, Vibrationen oder modulierte Lichtschwankungen zu erzeugen, mit denen Daten zur Mobileinheit 15 übertragen werden können.
In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 einen Sender und/oder Empfänger für Datenübertragung mittels elektromagnetischer Induktion aufweisen und dafür ausgelegt sein, eine Datenverarbeitung gemäß eines vordefinierten Protokolls durchzuführen (z. B. mittels RFID, NFC: near field communication). Dies ist mit besonders kostengünstigen Hardwarekomponenten erreichbar, die überdies stromsparend ausgebildet werden können. Allgemein ist die Nahfeldkommunikation mittels NFC oder RFID eine robuste, schnelle und draht- lose Kommunikation im Nahfeld.
Die automatisierte bzw. assistierte Zuordnung kann durch in der Mobileinheit vorgesehene weitere Sensoren intuitiv und prozesssicher gemacht werden. Die nachfolgend beschriebenen beispielhaften Sensoren lassen sich jedoch auch in anderem Kontext der Fertigung gewinn- bringend einsetzen.
Beispielsweise können Gyroskope, Beschleunigungssensoren, Lagesensoren, Vibrationssensoren und/oder Magnetsensoren für das Erdmagnetfeld vorgesehen werden. Andere MEMS (micro-electro-mechanical system)-basierte Sensoren sind ebenfalls zusätzlich oder alternativ integrierbar.
Derartige Sensoren können durch Sensorfusion mit den Positionsdaten des Ortungssystems eine robustere und genauere Positionsbestimmung bewirken. Außerdem kann ein Sensor (oder auch mehrere zusammen) die Grundlage für eine Interaktion mit einer Person, z. B. einem Bearbeiter bilden, der beispielsweise Gesten („in die Luft schreiben") oder gezielte Erschütterungen hervorruft. Dies kann ortsabhängig kontextbezogen erfolgen. Eine bestimmte Geste in einer ersten Zone kann dann eine andere Aktion auslösen als in einer anderen Zone.
Die Auswertung der Sensoren der Mobileinheit ist insbesondere dann besonders zielgerichtet und aussagekräftig, wenn sie in den Kontext des Produktionsumfelds gesetzt werden. Im Lagerbereich werden Teilmengen gebildet, beim Schweißen, Montieren, Fügen: mehrere Sensoren zusammengeführt. Sie können ferner zur Qualitätsprüfung und der Kennzeichnung von Ausschuss genutzt werden. So können Vibrationssensoren zur Identifikation einer Interaktion mit dem Bediener und zur Identifikation von Erschütterungsprofilen (Dokumentation der Produktionsumgebung für spezifische Bauteile) zur Optimierung der Produktionsumgebung eingesetzt werden. Auch können sie zur Detektion von Erdbeben herangezogen werden. Die Mobileinheit 15 kann ferner eine Kamera 20 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, Bilder von Werkstücken und/oder von Codes (z. B. Barcodes oder QR-Codes) auf den Werkstücken oder auf anderen Dokumenten, Werkzeugen oder Produkten aufnehmen zu können. Auf diese Weise kann eine Zuordnung von Werkstücken und/oder Aufträgen zu der Mobileinheit 15 erfol- gen. Zusätzlich kann die Mobileinheit eine Funktionalität zur Ermittlung, Verarbeitung und Übermittlung der Kamera-Daten aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 einen Sensor (Wiegezelle) zum Ermitteln eines Gewichts eines Werkstücks und/oder einer Werkstücksammelstelle und/oder eines Füllstands einer Werkstücksammelstelle aufweisen. Zusätzlich kann sie eine Funktionalität zur Verarbeitung und Übermittlung von den entsprechend ermittelten Daten aufweisen. Ferner kann der Füllstand einer Werkstücksammelstelle z. B. mittels magnetischer Induktion, elektrischer Kapazität, mittels Ultraschall oder kamerabasiert oder einer Kombination von diesen Technologien überwacht werden.
Die Mobileinheit 15 kann ferner einen Sensor zum Ermitteln einer magnetischen Feldstärke aufweisen. Zusätzlich kann sie eine Funktionalität zur Verarbeitung und Übermittlung von den so ermittelten Daten aufweisen. Ein derartiger Magnetfeldsensor kann dazu genutzt werden, eine magnetische Codierung auszulesen, die z. B. in einem Werkstück eingebracht ist. Allgemein können derartige Sensoren als Basis für eine eindeutige Identifikation von Blechbauteilen durch die spezifische Struktur von Metallen dienen. Ein Beispiel eines derartigen Sensors ist ein Hall-Sensor. Allgemein können derartige Sensoren für Wirbelstrommessungen aufgebaut sein. Entsprechende Verfahren zur Kodierung und zum Auslesen einer solchen Kodierung sind beispielsweise in DE 102 48 142 B3 oder in DE 43 06 209 AI offenbart.
In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 einen Sensor und/oder Sender zum Empfang und/oder zur Übermittlung von Daten über eine Infrarot (IR)-Schnittstelle aufweisen. Zusätzlich kann sie eine Funktionalität zur Verarbeitung und Übermittlung von derartigen IR-Daten aufweisen. IR- Schnittstellen (IR-Diode, IR-LED, bluetooth low energy) als Kom- munikationsschnittstellen sind kostengünstig und können sehr stromsparend eingesetzt werden.
Die Mobileinheit 15 kann ferner einen Temperatur-Sensor zusammen mit einer Funktionalität zur Ermittlung, Verarbeitung und Übermittlung von Temperatur-Daten aufweisen. Da der Fertigungssteuerung der Ort der Mobileinheit 15 bekannt ist, kann die Fertigungssteuerung mit den Temperatur-Daten zur Regulierung der Raumtemperatur in der Fertigungshalle eingesetzt werden. Die Fertigungssteuerung kann die Temperatur insbesondere in jedem Bereich der Fertigungshalle, in dem sich eine Mobileinheit mit einem Temperatursensor befindet, er- fassen und z. B. grafisch darstellen oder auf Fehlerzustände hin auswerten. So können z. B. eine ungewöhnliche Kälteentwicklung bei offenen Türen erkannt oder Alarm bei ungewöhnlicher Hitzeentwicklung gegeben werden. Ähnlich können die Mobileinheiten ein dezentrales Netz von Feuchtigkeitssensoren zur Regelung der Feuchtigkeit in der Fertigungshalle und/oder von Helligkeitssensoren zur Regelung der Ausleuchtung der Fertigungshalle ausbil- den. Neben der Verwendung der Mobileinheit als Sensor für die Gebäuderegelung können derartige Temperatursensoren und Feuchtigkeitssensoren eine Dokumentation über die Fertigungsbedingungen für ein spezifisches Werkstück oder allgemein für den Betrieb der Fertigungsanlage ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 zusätzlich einen GPS-Sensor zusammen mit einer Funktionalität zur Ermittlung, Verarbeitung und/oder Übermittlung von GPS-Daten aufweisen.
Die Mobileinheit 15 kann ferner einen Gas-Sensor, insbesondere einen Rauchmelder, zusam- men mit einer Funktionalität zur Ermittlung, Verarbeitung und/oder Übermittlung von Daten zu Gasanalyse aufweisen. So bilden die Mobileinheiten als Rauchmelder ein dezentrales Frühwarnsystem im Brandfall oder im Fall eines Defektes einer Maschine.
In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 einen Sensor zur Erkennung von biologischen Daten, insbesondere von personenspezifischen Daten wie Fingerabdrücke oder Gesichtserkennungsdaten aufweisen. Die Mobileinheit 15 oder die Fertigungssteuerung kann so individuelle Personen erkennen. Dies erlaubt es, z. B. die Anzeige der Mobileinheit 15 auf eine der Person zugewiesenen Sprache (beispielsweise die Muttersprache der Person) einzustellen. Ferner können bestimmte Informationen nur bestimmten Personen ausgegeben wer- den, beispielsweise in Abhängigkeit eines der Person zugewiesenen Tätigkeitsprofils.
Die Mobileinheit 15 kann ferner einen Sensor zur Erkennung von Vitalfunktionen einer Person, z. B. eines Bearbeiters, in der Nähe aufweisen. Z. B. können so Daten hinsichtlich Puls/Herzschlag, Muskelkontraktion/-dehnung, Blutdruck erfasst werden. Die Daten erlauben ein Überwachung des körperlichen Zustands der Person und können Rückschlüsse auf seine Aktivität geben. Die Mobileinheit 15 hat entsprechend die Funktionalität zur Ermittlung, Verarbeitung und/oder Übermittlung von so erkannten Daten. Entsprechend kann die Mobileinheit, die von einer Person getragen wird, deren Zustand überwachen.
In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 einen Sensor zur Erkennung von Audio-Signalen zusammen mit der Funktionalität zur Ermittlung, Verarbeitung und/oder Übermittlung von so erkannten Daten aufweisen. So kann die Mobileinheit mittels Spracheingabe gesteuert werden, Audio-Daten aufnehmen, speichern, auswerten und an andere Mobil- einheiten weiterleiten
Die zuvor beschriebenen Sensoren und Funktionen auf der Mobileinheit 15 können beispielsweise durch die Fertigungssteuerung aktiviert oder deaktiviert werden. Die Aktivierung einzelner Funktionalitäten kann als eine Option vom Betreiber oder Inverkehrbringer des Ferti- gungssteuerungssystems in Form eines speziellen Lizensierungsverfahrens zeitlich gesteuert werden. Wünscht z. B. ein Fertigungsstättenbetreiber bestimmt Funktionen nur für eine bestimmte Zeit, z. B. die Temperaturüberwachung nur wenn seine Fertigungshalle nicht in Betrieb ist, so kann er sich gemäß dem Lizensierungsverfahren diese Funktionalität für eine von ihm vorgegebene Zeitspanne freischalten lassen. Das kann z. B. durch das Lizensierungsver- fahren günstiger für ihn sein, als wenn er die Funktionalität ununterbrochen benutzt. Für den Betreiber oder Inverkehrbringer des Fertigungssteuerungssystems kann dies den zusätzlichen Nutzen haben, dass er die tatsächlich genutzten Funktionalitäten seiner Kunden besser kennenlernt. Üblicherweise wird die Elektronik der Mobileinheit 15 mit einer Batterie oder einem Akku betrieben. Ein Akku kann durch nach außen geführte Kontakte oder kontaktlos, z. B. induktiv geladen werden. Beides kann so erfolgen, dass die Mobileinheit 15 zum Schutz vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen ein dicht umschließendes Gehäuse aufweist. Die Mobileinheit 15 kann ferner eine Vorrichtung zum Laden der Akkus aufweisen, die Energie aus Umweltein- fiüssen gewinnt, z. B. dem sogenannten„energy harvesting" aus Temperaturunterschieden zwischen Ober- und Unterseite, aus schnellen Bewegungen wie Vibrationen oder Stöße oder aus vorhandenen elektromagnetischen Wellen (solar). Damit die Batterie oder der Akku sparsam betrieben wird, kann die Mobileinheit 15 einen Stand-by-Modus einnehmen, in dem sie z. B. kein UWB-Signal mehr sendet und/oder den Empfang deaktiviert. In einigen Ausführungsformen kann sie den Stand-by-Modus selbständig verlassen. Beispielsweise kann sie so, wenn sie bewegt wurde, der Fertigungssteuerung einen neuen Ort übermitteln.
Allgemein können einzelne oder mehrere der beschriebenen Sensoren einzeln für sich oder in Kombination für derartige Steuerungsverfahren genutzt werden. Insbesondere sind die Sensoren zur Lage- und Beschleunigungsdetektion zur Ansteuerung derartiger Wechsel im Be- triebsmodus geeignet.
In einigen Ausführungsformen kann die Mobileinheit 15 ein Gehäuse aus einem der folgenden Materialien oder einer Kombination daraus aufweisen: Kunststoff, Metall und Gummi. Das Gehäuse kann ferner an seinen Ecken und/oder Kanten zum Schutz vor Beschädigung ein fe- derndes Material wie Gummi aufweisen. Letzteres kann auch zum Schutz vor einem Abrutschen z. B. beim Transport dienen.
Die zuvor beschriebenen Sensoren liefern maschinenlesbare Informationen, die dem Bediener prozesssicher abgebildet werden. Als Informationsschnittstelle kann die Anzeigeeinheit der Mobileinheit genutzt werden. Alternativ kann eine Anzeige einer Fertigungsanlage oder eine in der Fertigungshalle spezifisch vorgesehene Anzeige genutzt werden. Die auf der Anzeigeneinheit der Mobileinheit dargestellten Daten können nicht immer vollständig den gesamten Informationsgehalt eines Werkstücks abbilden, allerdings kann sie kontextbasiert die für den entsprechenden Fertigungsvorgang notwendigen Daten darstellen, beispielsweise den nächs- ten Fertigungsvorgang für die Logistik, Teilegeometrie für die Kommissionierung, Bauteiltoleranzen für die Qualitätsprüfung. Darstellungsparameter wie Größe, Farbe, Bewegung und Blinken stellen dabei geeignete Mittel zur Betonung und Unterstützung von aktuell wichtigen Informationen dar. Ferner kann als exponiertes Element der menschenlesbaren Information eine LED auf der
Mobileinheit vorgesehen werden, die dem Menschen durch unterschiedliche Farben, Blinkfrequenzen oder Blinkmuster codierte Informationen visuell mitteilen kann. Eine insbesondere blinkende LED ist auch auf große Entfernungen leichter zu erkennen, als z. B eine Anzeige 17. Deswegen hat eine Signalvorrichtung wie eine LED besondere Vorteile, wenn z. B. eine Mobileinheit 15 gesucht wird. Sie kann von einem Bediener ferngesteuert adressiert werden und sich dann mit einer Signalvorrichtung bemerkbar machen. Zusätzlich oder alternativ kann sie ein Geräuschsignal abgeben. Eine solche ferngesteuerte Adressierung kann beispielsweise durch eine weitere Mobileinheit oder über eine sonstige insbesondere tragbare Vorrichtung, z. B. Smartphone, Tablet, oder über die Analyseeinheit 11 erfolgen. Sie kann aber auch direkt, z. B. über Nahfeldsender (z. B. Bluetooth, NFC, IR), erfolgen.
Im Rahmen einer industriellen Fertigung von Werkstücken in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung werden die Mobileinheiten 15 üblicherweise Werkstücken zugeordnet. Optional kön- nen Mobileinheiten von Personen in der Fertigung getragen oder an Hilfsmittel wie Transportwagen, Maschinen und Werkzeugen angebracht werden, wodurch auch hier eine (räumliche und digitale) Zuordnung der Mobileinheit zu einer Person, z. B. einem Arbeiter, oder einem Hilfsmittel vorgenommen werden kann, um Vorgänge zu unterstützen und/oder zu erfassen. Die digitale Zuordnung bezieht sich hierbei auf Personen-spezifische oder Hilfsmittel- spezifische Informationen.
Beispielsweise zeigt Fig. 3 einen Transportwagen 21 mit einem Werkstück 23 sowie einer Mobileinheit 15'. Der Transportwagen 21 umfasst einen Ablagebereich 24 für dieses oder mehrere solcher Werkstücke 23, die im Rahmen eines Bearbeitungsplans von einer Werk- zeugmaschine erzeugt wurden. Die Mobileinheit 15' zeigt beispielsweise eine für diese Werkstücke 23 spezifische Information auf der Anzeige 17 an, die aufgrund der digitalen Zuordnung abrufbar ist.
Die Mobileinheit 15' ist entsprechend dazu ausgebildet, z. B. vom MES 3 Informationen über die abgelegten Werkstücke 23 zu empfangen und für einen Bediener auszugeben. Beispielsweise ist die Mobileinheit 15' z. B. dazu ausgebildet, Information über die Anzahl der abgelegten Werkstücke 23, noch fehlende Werkstücke, einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt, einen zugrundeliegenden Auftrag (Kunde), Soll-Material etc. zu empfangen und auf der Anzeige 17 auszugeben. Die Anzeige 17 kann dabei stromsparend eine E-Ink- Anzeige sein.
Ferner kann ein Signal oder Feedback über ein Aktivieren einer Signalabgabevorrichtung, beispielsweise einer oder mehrerer LEDs oder einer akustischen Signalquelle gegeben werden. Allgemein sind derartige Signalabgabevorrichtungen zum Ausgeben von Feedback- Signalen an einen Bediener ausgebildet. Ferner kann die Mobileinheit 15' (ergänzend) Signaleingabevorrichtungen aufweisen. So können beispielsweise ein Erschütterungssensor (beispielsweise ein Beschleunigungssensor) und/oder ein Lagesensor als Signaleingabevorrichtung vorgesehen werden.
Derartige Mobileinheiten können, insbesondere in Form von solchen kombinierten Signal-, Anzeige- und Ortungseinheiten, als unabhängige Einheiten im Prozessablauf bei der Fertigung eingesetzt werden. Sie können einem oder mehreren Werkstücken 23 räumlich zugeordnet werden und dann von einem Bediener zusammen mit den zugeordneten Werkstücken 23 von Bearbeitungsschritt zu Bearbeitungsschritt/von Werkzeugmaschine 7 zu Werkzeugmaschine 7 gebracht werden.
Eine derartige Mobileinheit kann ferner, insbesondere in Form von solchen kombinierten Signal-, Anzeige- und Ortungseinheiten, in einem Transportwagen, einer Paletten oder allgemein einer bewegbare Werkstücksammelstelleneinheiten integriert werden. Zusammen mit diesen kann sie als unabhängige Einheit im Prozessablauf bei der Fertigung eingesetzt werden. Diese Einheit kann dann einem oder mehreren Werkstücken 23 räumlich zugeordnet werden (indem z. B. auf ihr positioniert werden) und dann von einem Bediener dazu genutzt werden, die zugeordneten Werkstücken 23 von Bearbeitungsschritt zu Bearbeitungsschritt/von Werkzeug- maschine 7 zu Werkzeugmaschine 7 zu bringen.
Die Bereitstellung von Mobileinheiten in der Fertigung kann vielfältig genutzt werden. Im Folgenden werden beispielhafte Nutzungsszenarien skizziert. Die Mobileinheiten werden über die Sende -Empfangseinheiten 13 mittels Laufzeitanalyse geortet. Die Sende-Empfangseinheiten 13 sind üblicherweise an der Hallendecke, an Hallenwände, Werkzeugmaschinen 7, Lagerstrukturen etc. ortsfest installiert. Die Positionen der Sende-Empfangseinheiten 13 sind zum Beispiel in einem digitalen Lageplan der Fertigungshalle hinterlegt.
Fig. 4 zeigt einen schematischen digitalen Lageplan 25 einer beispielhaften Fertigungshalle, die mit mehreren Werkzeugmaschinen 7 unterschiedlichen Typs ausgerüstet ist. Beispiele für Werkzeugmaschinen 7 in der Stahl- und Metallverarbeitung sind Schneid-, insbesondere Laserschneidmaschinen, Stanz-, Schleif-, Biegemaschinen etc. Gezeigt ist im Lageplan 25 auch ein zu einem sehr geringen Grad vernetzter Arbeitsplatz 26, wie beispielsweise ein Handarbeitsplatz mit einfachen Maschinen, z. B. zum Bohren, Sägen, Fräsen, Biegen, die keine Vernetzung oder nur eine Vernetzung über ein Überwachungssystem, wie es z. B. in DE 10 2016 220 015.1 beschrieben ist, aufweisen. Ferner erkennt man im Lageplan Zonen 27, 27' und Schranken 29. Die Zonen 27, 27' und Schranken 29 wurden von einem Bediener hinsichtlich der Benutzung der Werkzeugmaschinen 7 und zugehöriger Arbeitsabläufe definiert. Die Schranken 29 erstrecken sich räumlich (beispielsweise linear) in der Fertigungshalle und definieren Grenzen, deren Übertreten durch eine Mobileinheit spezifische Aktionen auslösen kann. Den Zonen 27, 27' und Schranken 29 können allgemein Werkstück-spezifische bzw. Gegenstand/Bediener-spezifische Eigenschaften zugeordnet werden. Eine wie in Fig. 4 dargestellte Ansicht kann z. B. auf einem Bildschirm (Monitor) einer Datenverarbeitungsvorrichtung (z. B. PC) schematisch dargestellt sein. Beim Aktivieren einzelner Zonen, Schranken oder Mobileinheiten auf dem Monitor (z. B. mittels eines Cursors oder bei Touchpads mittels einer Berührung) können Statusinformationen angezeigt werden. Nach bestimmten Mobilein- heiten kann gefiltert werden, (z. B. alle Mobileinheiten mit Zuordnung zu Aufträgen eines bestimmten Kunden). Die Temperaturverteilung gemessen mit Temperatursensoren der Mobileinheiten kann angezeigt werden. Der Status von Maschinen kann angezeigt werden, etc.
So können Aktionen unter Nutzung der räumlichen Zuordnung im Fertigungssteuerungssys- tem ausgelöst werden, wenn eine Mobileinheit sich innerhalb einer spezifischen Zone befindet oder eine spezifische Schranke überschreitet, wobei diese Aktionen in Abhängigkeit des zugehörigen Werkstücks/Gegenstands und dessen Bearbeitung/Bearbeitungszustand, allgemein aufgrund der digitalen Zuordnung, variieren können. Die Zonen 27, 27' und die Schranken 29 können ferner in der Fertigungshalle vor Ort farblich markiert werden.
Ferner erkennt man im Lageplan 25 schematisch Werkstücksammelstellen, beispielsweise Transportwagen 21 oder Teilbereiche von diesem, die sich beispielsweise nahe einer Werkzeugmaschine 7 oder in einer der Zonen 27 befinden. Ferner kennt man schematisch Bediener 31 , die die Werkzeugmaschinen 7 bedienen.
Im digitalen Lageplan 25 sind somit nicht nur stationäre Elemente (Werkzeugmaschinen), sondern aufgrund der räumlichen und digitalen Zuordnung der Mobileinheiten auch bewegliche Elemente (Werkstücke, Transportwagen, Bediener) angezeigt. Die Integration von beweglichen Elementen in den Lageplan wird durch die Innenraum-Ortung möglich, indem zum Beispiel den Transportwägen 21 und Bedienern 31 jeweils eigene Mobileinheiten 15 zugeordnet werden.
Ferner erkennt man im digitalen Lageplan 25 beispielhafte Positionen mehrerer Sende- Empfangseinheiten 13. Die Positionen sind derart gewählt, dass mindestens 2 (2D-Ortung) oder 3 und mehr (3D-Ortung) Sende-Empfangseinheiten 13 einem entsprechenden mit der Innenraum-Ortung abzudeckenden Bereich in der Fertigungshalle zugeordnet sind. Beispielhaft werden Laufzeitmessungen für bewegliche Elemente (bzw. die zugeordneten Mobileinheiten 15) über Doppelpfeile 33 in Fig. 4 verdeutlicht.
Die primäre Anwendung des Innenraum-Ortungssystems 5 liegt in der Lokalisierung von Werkstücken 23, allgemein Material, sowie von bei der Fertigung eingesetzten mobilen Einheiten wie Transportwägen 21, Stapler, Werkzeuge und sonstige mobile Vorrichtungen. Dass diese Objekte unter Nutzung der Ortsinformation der Mobileinheit, deren räumlicher Zuord- nung und digitaler Zuordnung, die im Wesentlichen nur die Mobileinheit und die Art des zugeordneten Objekts betrifft, einfacher mittels der jeweils zugeordneten Mobileinheit 15 lokalisiert werden kann, reduziert bzw. vermeidet Suchzeiten. Die gewonnene räumliche Information über die Objekte erlaubt zusätzlich eine Analyse von Prozessabläufen und von einer (Aus-) Nutzung von z. B. Werkzeugen.
Die Ortung kann in 2D oder 3D erfolgen. Liegt beispielsweise ein 3D-Lageplan der Fertigungshalle vor (wie in Fig. 4 gezeigt), kann neben der primären horizontalen Lokalisierung auch eine vertikale Lokalisierung vorgenommen werden. Somit ist neben den Koordinaten x und y in der horizontalen Ebene auch die Höhenkoordinate z zu beachten. Eine Ortung in 3D stellt spezifische Anforderungen an die Sende-Empfangseinheiten 13, die den der 3D-Ortung zugrunde liegenden Bereich abdecken, sowie an deren Positionen in der Fertigungshalle.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht eines weiteren digitalen Lageplans 25' einer weiteren beispielhaften Fertigungshalle. Man erkennt mehrere Positionen von Sende-Empfangseinheiten 13 (Anchors) und mehrere momentane Positionen von Mobileinheiten (Tags) 15. Ferner erkennt man wiederum mehrere Zonen 27 und Schranken 29. Mit dem Ortungssystem können die Positionen der Mobileinheiten 15 im Lageplan 25' angezeigt werden und ihre Lage bezüglich der Zonen 27 und der Schranken 29 zu Steuerungszwecken bei der Bearbeitung von Werkstücken genutzt werden. Dazu ist es wiederum notwendig, dass einer Mobileinheit 15 ein Werkstück (oder eine Gruppe von Werkstücken) oder ein Bediener, ein Transportmittel, ein Werkzeug etc. zugeordnet wird. In einem Steuerungsbereich 30 ist die Lage einer Fertigungssteuerungs- einrichtung des Fertigungssteuerungssystems 1 angedeutet. Hier kann sich die Analyseeinheit 11 befinden. Hier kann sich auch eine Datenverarbeitungsvorrichtung 30A (z. B. PC) mit ei- nem Bildschirm (Monitor) befinden, auf dem z. B. der in Fig. 4 oder Fig. 5 dargestellte digitale Lageplan 25 oder 25 ' angezeigt wird.
Insbesondere die digitale Zuordnung einer Mobileinheit zu einem Werkstück (oder einem bei der Fertigung eingesetzten Gegenstand wie einem Werkzeug) kann durch verschiedene Inter- aktionen mit dem Fertigungssteuerungssystem 1 (nachfolgend auch kurz der Fertigungssteuerung) erfolgen. Beispielsweise kann in einem Bediener-Interface der Fertigungssteuerung, das zum Beispiel auf einem Smartphone oder Tablet bereitgestellt wird, das jeweilige Werkstück/der jeweilige Gegenstand ausgewählt und der spezifischen Mobileinheit durch Eingabe beispielsweise einer zugehörigen Referenznummer zugeordnet werden. Alternativ kann nach Auswahl eines Werkstücks/Gegenstands im Benutzer-Interface die Mobileinheit durch Aktivieren einer Eingabetaste an der Mobileinheit (siehe z. B. Taste 19 in Fig. 2) und dem zugeordneten Datenaustausch der Mobileinheit mit der Fertigungssteuerung die Zuordnung hergestellt werden. Anstelle einer manuellen Eingabe kann beispielsweise alternativ automatisiert oder teilautomatisiert eine Aktivierung der Mobileinheit durch eine vorgegebene Bewegung zur Aktivierung, z. B. Schütteln, Klopfen oder Vibrieren derselben, erfolgen. Eine solche vorgegebene Bewegung kann beispielsweise ein in der Mobileinheit zusätzlich vorgesehener Beschleunigungssensor erkennen. Ferner kann eine teilautomatisierte Zuordnung durch manuelles Kennt- lichmachen einer spezifischen Mobileinheit (z. B. durch Schütteln der Mobileinheit) an einem spezifischen Ort (z. B. einer definierten Zone 27) erfolgen. Dabei kann die Fertigungssteuerung dem spezifischen Ort des z. B. Schütteins spezifisch zu bearbeitende Werkstücke zuordnen. Beispielsweise kann die Fertigungssteuerung auch auf eine Verknüpfung einer Mobileinheit mit einem Default-Gegenstand (z. B. einem leeren Rollwagen) bei Schütteln der Mobil- einheit an einem definierten Zuordnungsbereich (z. B. Zone 27' in Fig. 4) schließen.
Ferner kann beispielsweise mittels Bildverarbeitung eine Aufnahme der Mobileinheit, die beispielsweise mit einer Kennzeichnung wie einem Barcode versehen ist (siehe Anzeige in Fig. 2), und des zugeordneten Werkstücks/Gegenstands die Zuordnung vorgenommen werden. Des Weiteren kann eine grafische Zuordnung über einen am Bediener-Interface dargestellten Dialog vorgenommen werden. Im Ortungssystem können je nach Anwendung aktive oder inaktive Mobileinheiten eingesetzt werden. Aktive Mobileinheiten teilen permanent in einer gewünschten Wiederholrate zyklisch ihre Position dem Fertigungssteuerungssystem mit. Allgemein werden aktive, wiederholt (periodisch) emittierende Sender auch als "beacon" (Leuchtfeuer) bezeichnet. Dagegen nimmt eine inaktive Mobileinheit zeitweise nicht an einer Ortserkennung teil. Dies kann zum Bei- spiel dann der Fall sein, wenn der letzte mutmaßliche Standort der Mobileinheit bekannt ist, das zugeordnete Werkstück für einen längeren Zeitraum eingelagert wird, eine Auftragsbearbeitung ausgesetzt wird oder längere Liegezeiten zwischen Bearbeitungsvorgängen zu erwarten sind. Für die Überwachung derartiger Zustände können in der Mobileinheit vorgesehene Sensoren wie ein Beschleunigungssensor, ein Lagesensor oder ein Schallsensor eingesetzt werden. Allgemein kann ein Wechsel vom inaktiven in den aktiven Zustand durch (digitale) Signale oder manuelle Manipulation ausgelöst werden. Eine manuelle Manipulation kann beispielsweise durch eine gezielte Erschütterung der Mobileinheit (z. B. manuelles Schütteln) oder durch den Beginn des Transports des Werkstücks (Transfer durch eine Schranke 29) erfolgen. Für aktive Mobileinheiten können Mobileinheit-spezifisch beliebige Wiederholraten definiert werden. Mit Regelwerken können hier entsprechend der Kontext-Informationen sinnvolle Verhaltensmuster für jede Mobileinheit bzw. das zugeordnete Werkstück oder einen Gegenstand definiert werden. Kontext-Informationen können beispielsweise eine Zonen-Zugehörigkeit, zuletzt passierte räumliche Schranken, ein jeweils aktiver Bearbeitungsvorgang, ein aktuelles Zeitfenster (Tag/Nacht/Wochentag) und eine spezifische Tag-Familie umfassen.
In einem Nutzungsszenario soll eine Person, z. B. ein Bearbeiter, gemäß einem Auftrag Werkstücke 23 biegen. Hierzu greift er auf Daten aus dem Fertigungssteuerungssystem (MES; Pro- duktionsleitsystem) zu und öffnet beispielsweise den digitalen Lageplan 25, 25 ' der Fertigungshalle. Wurden die Werkstücke mit einer Mobileinheit 15 (Werkstück-Tag) versehen, wird ihm der Ort der zu biegenden Werkstücke 23 anhand einer zugeordneten Mobileinheit 15 im Lageplan 25, 25' angezeigt,. Beispielsweise wurden die Mobileinheit 15 und die Werkstücke 23 auf einem Transportwagen 21 abgelegt und die Mobileinheit 15 sowohl den Werkstü- cken 23 als auch dem Transportwagen 21 zugeordnet. Entsprechend kann im Lageplan das Symbol Transportwagen z. B. zusammen mit einer schematischen Form des Werkstücks angezeigt werden. Zur Verdeutlichung zeigt Fig. 6 einen Absortiervorgang eines Bedieners 31 , der Schnittgut einer Laserschneidmaschine 7' auf den Transportwagen 2 sortiert/ablegt. Eine Mobileinheit 15' wurde gemäß einem spezifischen Auftrag aktiviert (Bearbeitungsplan-Zuordnung) und den Werkstücken 23' zugeordnet (räumliche Zuordnung). Nach dem erfolgten Absortiervorgang hat der Bediener 31 beispielsweise eine Taste der Mobileinheit 15' aktiviert, sodass das Ferti- gungssteuerungssystem vom Abschluss des Absortiervorgangs informiert wird.
Damit weiß der Bediener der nachfolgend zu benutzenden Werkzeugmaschine, an welcher Stelle in der Fertigungshalle die Werkstücke zu finden sind (Nutzung der Ortsinformation der Mobileinheit). Ist der Bediener dort angekommen, was mithilfe einer vom ihm getragenen Mobileinheit und einem Passieren einer Schranke 29' erkannt und an das Fertigungssteue- rungssystem weitergeleitet wurde, und stehen mehrere Transportwägen eng zusammen, kann der Bediener den richtigen Transportwagen identifizieren, indem das Fertigungssteuerungs- system automatisch eine LED (Signalabgabevorrichtung) an der entsprechenden Mobileinheit aktiviert, sodass diese beispielsweise blinkt. An diesem optischen Signal kann der Bediener den richtigen Transportwagen erkennen und zu seinem Biege- Arbeitsplatz mitnehmen. Die Abholung des Transportwagens wird beispielsweise an das Fertigungssteuerungssystem weitergegeben, sobald der Bediener den Transportwagen 2Γ abholt und über die Schranke 29' schiebt. Das Innenraum-Ortungssystem erlaubt ferner eine Indizierung von Hochlagern im Bestand. Beispielsweise kann über ein Barometer der Mobileinheiten (3D-Tag) die Höhe der Mobileinheit und damit die "Zeile" in einem Lager identifiziert werden. Über mindestens zwei Sende - Empfangseinheiten (2D-Ortung) kann die Spalte des Lagers identifiziert werden. Bei der Präsenz von Mobileinheiten im Lagerkörper kann damit direkt das jeweilige Lagerfach für bei- spielsweise eine mit der Mobileinheit ausgerüstete Palette im Fertigungssteuerungssystem hinterlegt werden. Entsprechend kann ein Bediener die Palette mit Angabe des Lagerfachs direkt auffinden. Alternativ können drei oder mehr Sende -Empfangseinheiten im Hochlager derart positioniert werden, dass auch eine Ortsbestimmung im dreidimensionalen Raum möglich wird. Die Einbindung der hierin beschriebenen mit einem Innenraum-Ortungssystem unterstützten Fertigung wird zusammenfassend in Verbindung mit Fig. 7 erläutert. Hierbei wird u. a. ergänzend auf die Figuren 1 bis 3 und 6 Bezug genommen.
Fig. 7 zeigt beispielhaft Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken 23, wobei das Verfahren durch eine Innenraum-Ortung unterstützt wird. Für das Verfahren wird entsprechend eine wie zuvor beschriebene Innenraum-Ortung bereitgestellt (Schritt 51), und es werden Zuordnungs- Vorgänge durchgeführt, um eine Mobileinheit 15 einem oder mehreren Werkstücken 23 zuzuordnen. Die Zuordnungsvorgänge umfassen einen Mobileinheitsdaten-Zuordnungsvorgang (Schritt 51A) - d. h., die zuvor beschriebene digitale Zuordnung - und einen räumlichen Zuordnungsvorgang (Schritt 51B) - d. h., die zuvor beschriebene physische Zuordnung. Der Mobileinheitsdaten-Zuordnungsvorgang des Schritts 51A ist schematisch in Fig. 1 im Fertigungssteuerungssystem 1 angedeutet. Im Fertigungssteuerungssystem 1 sind Bearbeitungspläne 37 abgelegt. Ein Bearbeitungsplan 37 kann - als Beispiele für einen Bearbeitungsplan-Assistenz-Werkstückdatensatz - einen Geometriedatensatz 37A und/oder einen das Werkstück identifizierenden Codierungsdatensatz 37B umfassen. Ferner kann der Bearbei- tungsplan 37 einen oder mehrere Bearbeitungs- und Werkstückparameter 37C des entsprechenden Werkstücks 23 umfassen. Überdies stellt das Ortungssystem 5 Mobileinheitsdaten- sätze 39 bereit, die den Bearbeitungsplänen 37 zugeordnet werden sollen.
Für die digitale Zuordnung kann eine Bilderfassungsvorrichtung 20, die z. B. Teil der Mobil- einheit 15 ist, bereitgestellt werden (Schritt 59A). Fig. 2 zeigt hierzu schematisch die Bilderfassungsvorrichtung 20 an der Seitenwand der Mobileinheit 15. Mit der Bilderfassungsvorrichtung 20 kann beispielsweise ein Ausdruck eines Auftragsschreibens mit einer Codierung oder eine Codierung 57 auf dem Werkstück 23 - als Beispiel für einen bearbeitungsplanspezi- fischen Gegenstand - aufgenommen werden (Schritt 59B). Diese Aufnahme wird dann mit einem Kommunikationssystem von der Mobileinheit 15 an das Fertigungssteuerungssystem 1 übermittelt. Im Fertigungssteuerungssystem 1 wird der Bearbeitungsplan 37, der einen entsprechenden Codierungsdatensatz 37B umfasst, identifiziert (Schritt 59C) und dem Mobil- einheitsdatensatz 39, der z. B. zu der Mobileinheit 15 gehört, mit der die Codierung aufgenommen worden war, zugeordnet (Schritt 59D). Alternativ kann diese Art der digitalen Zuordnung mit jeder in das Fertigungssteuerungssystem 1 eingebundenen bildgebenden Vorrichtung ausgeführt werden, wobei dann ein Mobil- einheitsdatensatz einer beliebigen Mobileinheit dem identifizierten Bearbeitungsplan zuge- ordnet werden kann.
Die räumliche Zuordnung kann von einem Assistenzsystem 41, das bei einer Werkezugmaschine 7 oder allgemein an einem Arbeitsplatz vorgesehen ist, unterstützt werden. Fig. 6 zeigt hierzu eine Werkzeugmaschine 7 mit einem optischen Assistenzsystem, das auf einer Bildda- tenerfassung mit einer Kamera 35 basiert und die Zuordnung eines Werkstück zu einer Mobileinheit unterstützt. Dabei werden Mobileinheiten bereitgestellt, denen im Rahmen einer vorausgehenden digitalen Zuordnung (Schritt 51 A) Bearbeitungspläne zugeordnet wurden.
Bei der assistierten räumlichen Zuordnung erkennt die Kamera 35 ein absortiertes Werkstück 23 (Schritt 61A) und erzeugt hierzu einen Mess- Assistenz- Werkstückdatensatz 41 A (Schritt 61B). Der Mess- Assistenz -Werkstückdatensatz 41 A wird mit den Geometriedatensätzen 37A der Bearbeitungspläne 37 im Fertigungssteuerungssystem 1 abgeglichen (Schritt 6 IC), um den Bearbeitungsplan 37 zu identifizieren, der zum erfassten Werkstück gehört. Das Fertigungssteuerungssystem 1 kann nun z. B. die identifizierte Mobileinheit zur Abgabe eines Signals anregen (LED-Blinken, Tonerzeugung, ...); um ein manuelles räumliches Zuordnen zu erleichtern. Alternativ oder ergänzend kann das Fertigungssteuerungssystem 1 im Rahmen einer automatisierten Zusammenführung von Mobileinheit 15 und erfasstem Werkstück 23 ein Ablegen des erfassten Werkstücks 23 bei der identifizierten Mobileinheit 15 veranlassen (Schritt 61D).
Nach erfolgter Zuordnung wird die Position des zugeordneten Werkstücks 23 durch Lokalisierung der zugeordneten Mobileinheit 15 mit dem Innenraum-Ortungssystem 5 bestimmt (Schritt 53). Die bestimmte Position der zugeordneten Mobileinheit 15 wird nun in die Steuerung der Industriefertigungsanlage zur Fertigung des Endprodukts eingebunden (Schritt 55). Ergänzend oder alternativ kann ferner eine Position eines Werkzeugs, einer Person, eines Transportmittels, einer Werkzeugmaschine und/oder einer Werkstücksammelstelleneinheit bestimmt werden (Schritte 5 , 51A, 51B', 53') und in die Steuerung der Industriefertigungsanlage eingebunden werden. Die Einbindung kann beispielsweise ein Definieren (Schritt 55A) von Zonen 27 und/oder räumlichen Schranken 29 in der Fertigungshalle, insbesondere in einem Lageplan 25, 25' der Fertigungshalle, und ein Abgleichen (Schritt 55B) der bestimmten Position hinsichtlich der Zonen 27 und/oder der räumlichen Schranken 29 umfassen.
Im Lageplan der Fertigungshalle kann im Schritt 55A z. B. eine Zone (Werkzeugmaschinen- Zone) um Werkzeugmaschinen/ Bearbeitungsplätze, beispielsweise um die Biegemaschine, erstellt werden. Dabei kann diese Zone als Volumenkörper (3D-Zone) definiert werden, der beispielsweise bis zu einer Höhe von 1,5 m über dem Hallenboden reicht. Wird ein Trans- portwagen mit Werkstücken und einer zugehörigen Mobileinheit (Wagen-Tag) mit zu einem Auftrag gehörenden Werkstücken in diese Zone geschoben, registriert das Fertigungssteuerungssystem im Schritt 55B dies.
Die Unterstützung der Fertigungssteuerung von Prozessabläufen kann dabei die hierin disku- tierten Einbindungsmöglichkeiten der Mobileinheit umfassen. Z. B. kann eine zusätzliche
Übertragung von Signalen zwischen dem Fertigungssteuerungssystem 1 und der Mobileinheit 15 zum Austausch von Information stattfinden. Die Signale können von einer Signaleingabevorrichtung 15A der Mobileinheit 15 - z. B. ein Sensor, eine Taste 19 oder die Bilderfassungsvorrichtung 20 - oder von Signalabgabevorrichtungen 15B der Mobileinheit 15 - z. B. eine Anzeigeneinheit 17, eine LED oder ein Lautsprecher - erzeugt werden.
Ferner kann die Unterstützung der Fertigungssteuerung von Prozessabläufen über das Fertigungssteuerungssystem 1 Bearbeitungsparameter auf den Werkzeugmaschinen 7 ansteuern oder allgemein Fertigungsparameter einstellen, die sich z. B. auch auf die Fertigungshalle oder auf eine nachfolgende Datenanalyse beziehen können.
Als weiteres Beispiel für die Einbindung in die Fertigungssteuerung kann unter Nutzung der digitalen Zuordnung des Schritts 51A das Fertigungssteuerungssystem den zugehörigen Bearbeitungsauftrag am Bearbeitungsplatz (beispielsweise an der Biegemaschine) anmelden. Fer- ner können weitere Sekundäraktionen automatisch initiiert werden. So kann ein zugehöriges Bearbeitungsprogramm in der Werkzeugmaschine automatisch geladen werden. Dies kann es erlauben, dass die Werkzeugmaschine (beispielsweise eine Biegemaschine) über einen Tool- Master automatisch gerüstet wird. Auf einem zugeordneten Bildschirm können einem Bedie- ner für den nun anstehenden Bearbeitungsvorgang (Arbeitsgang) notwendige Informationen angezeigt werden. Beispielsweise können eine Abbildung der ursprünglichen Form des Werkstücks sowie die gebogene Form des Werkstücks, die Anzahl der zu biegenden Werkstücke und/oder der anschließend nachfolgende Bearbeitungsvorgang etc. angezeigt werden. Ein Vorteil bei der Bearbeitung in Zusammenhang mit definierten Zonen und Schranken liegt darin, dass der Bearbeiter nichts weiter machen muss, als die mit der zugehörigen Mobileinheit gekennzeichneten Werkstücke in die zugehörige Werkzeugmaschinen-Zone zu bringen, wodurch die verschiedenen vorbereitenden Maßnahmen automatisiert veranlasst wurden. Wie erwähnt kann die Werkzeugmaschine z. B. sofort automatisch auf den neu zu bearbeitenden Auftrag eingestellt werden. Dadurch kann erheblich Zeit eingespart werden und Fehler können vermieden werden.
Beginnt der Bediener nun die Werkstücke des Auftrags zu bearbeiten (zum Beispiel zu biegen), kann er die Mobileinheit nehmen und diese an aktive Komponenten der Werkzeugma- schinen, beispielsweise an den Biegebalken, heften. Dort ist eine weitere Zone (Buchungszone) definiert, die automatisch den Auftrag in Bearbeitung nimmt und dies an das Fertigungssteuerungssystem weitergibt. Beispielsweise können so die vorgenommenen Biegevorgänge überwacht und für den Auftrag abgespeichert werden. Wurden alle Werkstücke bearbeitet (gebogen), wird die mobile Einheit aus der Buchungszone entfernt, wodurch der Auftrag bei- spielsweise als vollständig ausgeführt im Fertigungssteuerungssystem verbucht werden kann.
Auch hier kann durch die Verwendung der Mobileinheit in einem Ortungssystem erheblich Zeit eingespart werden, da der Bediener keine komplizierten Buchungen an einem Terminal vornehmen muss.
Interagiert eine Mobileinheit mit dem Fertigungssteuerungssystem oder betätigt ein Bediener Zusatzfunktionen (Eingabetasten etc.) einer Mobileinheit, kann der Bediener von den Mobileinheiten Feedback oder Mitteilungen über Ausgabemittel wie RGB-LED, Vibration, angezeigten Text oder Ton erhalten. So kann beispielsweise der Status einer Mobileinheit oder eines zugehörigen Auftrags visualisiert werden, beispielsweise indem eine LED grün leuchtet, solange sich der Auftrag im Zustand der Bearbeitung befindet. Ferner kann Feedback oder eine Mitteilung an nachfolgende Bearbeitungsplätze gegeben werden. So kann die automatische Buchung eines abgeschlossenen Bearbeitungsvorgangs den nachfolgenden Prozess darauf aufmerksam machen, dass die Teile nun bereit stehen und wo sie sich befinden. Allge- mein kann eine Auslösung von Aktionen wie das Buchen über Zonen noch weiter angereichert werden, sodass beispielsweise Werkstücke während der verschiedenen Bearbeitungsvorgänge zeitlich überwacht werden können. Wird zusätzlich zur Ortsposition die Lage-im-Raum einer Mobileinheit gemessen, kann beispielsweise unterschieden werden, ob eine spezifische Mobileinheit waagerecht liegt oder hochkant steht. Dies erlaubt eine weitere Interaktion mit dem Fertigungssteuerungssystem. Beispielsweise kann ein Wagen mit Werkstücken mehrerer Aufträge (d. h., mehreren unterschiedlichen und z. B. unterschiedlich zu bearbeitenden Werkstücken) und mehreren Mobil- einheiten in eine Zone geschoben werden. Sollen nicht alle Aufträge gleichzeitig in Bearbeitung genommen werden, kann ein spezifischer Auftrag, der beispielsweise zuerst bearbeitet werden soll, durch ein Senkrechtstellen der entsprechenden Mobileinheit dem Fertigungssteuerungssystem bekanntgegeben werden. Eine weitere Möglichkeit, dem Fertigungssteuerungssystem über die Mobileinheit Feedback zu geben, ist das bereits angesprochene Schütteln der Mobileinheit oder die Durchführung von spezifischen Gesten-artigen Bewegungen.
Ferner ist es möglich, basierend auf der Anzahl der sich in einer oder mehreren Zonen befin- denden Mobileinheiten (beispielsweise gerade aktive und oder inaktive Mobileinheiten) Ereignisse auszulösen oder bevorstehende Ereignisse anzuzeigen. Beispielsweise können Kommissioniervorgänge oder Transportaufgaben ausgelöst werden.
Neben stationären Zonen können zusätzlich Zonen dynamisch mit einem oder mehreren Mo- bileinheiten mitwandern. Dies erlaubt beispielsweise den Transport mehrerer Ladungsträger (Transportwägen), und die mitgeführten Aufträge können gemeinsam als Cluster vom Fertigungssteuerungssystem behandelt werden.
Ferner kann eine Mobileinheit zum Beispiel an einem Handarbeitswerkzeug (Werkzeug-Tag) befestigt (räumliche Zuordnung) und digital hinsichtlich des Werkzeugs selbst zugeordnet werden, sodass dieses leichter geortet werden kann. Zudem kann mittels eines in einem derartigen Werkzeug-Tag vorgesehenen Beschleunigungssensors ermittelt werden, wann und/oder wie das Handarbeitswerkzeug genutzt wird. Durch die Positionsermittlung des Werkzeugs ist es ferner möglich, die Bewegung des Werkzeugs durch den Raum zu messen (Trajektorien-Information/ Auswertung). Hierdurch können Informationen darüber generiert werden, wie viele Bauteile bearbeitet wurden oder ob ein Bearbeitungsschritt vergessen wurde etc.
Ferner können weitere Daten über das Ortungssystem übermittelt werden, beispielsweise Fehlermeldungen durch entsprechende Bewegungsmuster einer Mobileinheit z. B. in einer definierten Fehler-Zone. Ein weiteres Nutzungsszenario betrifft die Erfassung von Prozesszuständen, die durch die Positionen von Werkstücken, Menschen, Maschinen und anderen Betriebsmitteln gekennzeichnet sind und die durch eine kognitive Auswertung dieser gemessenen Positionen erfasst werden können. Allgemein lassen die Ortungs- und Sensordaten sowie die Informationen bezüglich Zonen und Schranken eine Vielzahl an Auswertemöglichkeiten zu. So ist es bei- spielsweise möglich, mittels derartiger Rohdaten Kennzahlen wie Key-Performance- Indikatoren (KPIs) zu erzeugen und detaillierte Analysen zu Optimierung der Fertigungsvorgänge durchzuführen. Diese Analysen (z. B. KPIs) können beispielsweise in Form von„heat maps", als Live- Ansicht oder aggregiert dargestellt werden. Weitere Auswertungsdiagramme wie Spagetti-Diagramme sind so für verschiedene Bearbeitungsvorgänge sofort abrufbar. Dies erlaubt es, Standardkennzahlen, die oft einen großen Aufwand bei der Erhebung erzeugen, auf Knopfdruck verfügbar zu machen, wie z. B. Durchlaufzeit, Wertstromanalyse etc. Zudem können die Abläufe in der Produktion auf Basis der gewonnen Ortungsinformationen mit Hilfe von numerischen Optimierungsverfahren verbessert werden. Die Nutzung des Ortungssystems erlaubt es auch Personen zu orten, wenn diese eine Mobileinheit (Personen-Tag) bei sich tragen. Neben Werkstücken und Werkzeugen gibt die Ortung von Personen (als Ganzes oder auch lokale Ortungen von Bein, Arm und Hand) wertvolle Information über Abläufe in der Produktion. Nutzungsszenarien hierzu betreffen beispielsweise die Überwachung sicherheitskritischer Bereiche zum Schutze von Personen, insbesondere der Bearbeiter. Ferner können Bewegungsmuster generiert werden, die wiederum z. B. zur Prozess- oder Ergonomie- Verbesserung von Arbeitsplätzen der Bediener ausgewertet werden können. Insbesondere über die synchrone Auswertung beider Hände einer Person, insbesondere eines Bedieners oder Bearbeiters, können detaillierte Informationen über den Fertigungsvorgang und das Werkstück erfasst werden. So kann erfasst werden, dass - ein Bearbeiter an einer Position X zugegriffen hat;
- ein Bearbeiter ein spezifisches Werkstück von A nach B transportiert hat;
- ein Bearbeiter ein spezifisches Werkstück an einer Position Y abgesetzt hat;
- ein Fertigungsvorgang wie Bohren, Einpressen, ... x-Mal ausgeführt wurde;
- ein Fertigungsvorgang wie Entgraten, Schweißen, ... auf einer spezifischen Trajektorie an einem Werkstück ausgeführt wurde;
- ein Fügeprozess an einer spezifischen Position durchgeführt wurde.
Verschiedene Mobileinheiten können in spezifischen Beziehungsverhältnissen zueinander stehen. Beispielsweise können derartige Mobileinheiten im Rahmen eines spezifischen Fertigungsprozesses in Familien von Mobileinheiten gruppiert werden, um grundlegende (Verhaltens-) Muster für eine bestimmte Anzahl von Mobileinheiten zu definieren. Familien können beispielsweise einem Auftrag, einer Baugruppe, einem Folgeprozess von Werkstücken oder einem zugehörigen Ladungsträger (Transportwagen, Palette, Sammelbehälter) zugeordnet sein. Die Familienzugehörigkeit kann dabei dynamisch im laufenden Bearbeitungsvorgang geändert werden. Mobileinheiten können dabei verschiedenen Familien gleichzeitig angehören. Ferner können Familien von Mobileinheiten eine spezifische Verknüpfung betreffen, beispielsweise alle Ladungsträger, alle Transportmittel, alle Bearbeiter, alle Werkstücke, alle Maschinen etc., oder eine Familie von Mobileinheiten kann einen spezifischen Status einer Mobileinheit betreffen, beispielsweise einen Ladungsstatus der Mobileinheiten.
Entsprechend kann die Analyse wie die Erfassung von Prozesszuständen auf der Auswertung von derartigen Familien von Mobileinheiten basieren. Über die hierin offenbarte Erweiterung einer Fertigungsanlage mit einer Innenraum-Ortung und Schnittstellen zum Fertigungssteuerungssystem kann die Position der Werkstücksammelstelleneinheiten festgestellt und/oder die Bewegung der Hand eines Bedieners festgehalten werden. Solch eine Ortung über ein Ultra- Wideband-System kann aus vier oder mehr „Anchors" und einem oder mehreren„Tags" aufgebaut werden. Die Anchors dienen als Re- ceiver und können um den Arbeitsraum stationär positioniert werden. Die Tags werden an z. B. allen Werkstücksammelstelleneinheiten und beispielsweise der Hand des Bedieners angebracht und dienen zur Positionsbestimmung derselben. Weitere Systeme zur Innenraum- Ortung umfassen z. B. Bluetooth, WiFi, Infrarot und RFID." Wird die Werkstücksammelstelleneinheit in ein Ortungssystem integriert, kann mit einem entsprechenden System in der Werkzeugmaschinenhalle, in der mehrere Bearbeitungsmaschinen und/oder Arbeitsplätze vorgesehen sind, über Sender-Empfängersysteme eine Ortung ermöglicht werden.
Ein Bediener, der in einer Schaltzentrale den Bearbeitungsvorgang überwacht und steuert, kann auf seinem Überwachungsmonitor sehen, wo ein spezifischer Auftrag gerade in der Prozesskette steht und wie sein Status gerade ist. Entsprechend kann er auch direkt auf die Anzeigeeinheit zugreifen, um angezeigte Daten (Werkstückinformation) wie Präferenzen, Arbeits- schritte etc. anzupassen. Alternativ oder ergänzend kann dies auch vor Ort mit einer Eingabevorrichtung an der Werkstücksammelstelleneinheit (z. B. Taster, Schalter, Touchpad) erfolgen oder über eine Datenschnittstelle, die einer externen z. B. mobilen Eingabeeinheit Zugang verschafft (Smartphone, Ipad, Smartwatch etc.). Entsprechend weist die Werkstücksammelstelleneinheit z. B. ein Nahfeldfunknetz (Bluetooth, NFC) auf. Dies kann beispielsweise auch als Teil eines Nahfeldortungssystems zur Ortung der Werkstücksammelstelleneinheit eingesetzt werden. Letzteres erleichtert das Finden einer Werkstücksammelstelleneinheit, wenn sie z. B. in einer Vielzahl von Werkstücksammelstelleneinheiten versteckt ist. Beispielsweise wird die Werkstücksammelstelleneinheit gezielt angesteuert, damit die Signalvorrichtung (z. B. eine hell leuchtende LED) aktiviert wird.
Die Nahfeldortung kann ferner beispielsweise beim Absortieren eingesetzt werden, indem z. B. der Ort einer Hand (insbesondere eines intelligenten Handschuhs, der mit dem Ortungssystem wechselwirkt) von der Werkstücksammelstelleneinheit aus geortet wird. Entnimmt die „Hand" eines Bedieners ein Bauteil vom Restgitter, wird der Bauteilort im MES vom Restgit- ter auf die Hand gebucht. Bewegt sich die Hand in die Nähe eines Ortungssystems der Werkstücksammelstelleneinheit, wird im MES gebucht, dass dieses Teil an der zugehörigen Werkstücksammelstelleneinheit abgelegt wurde. Zum einen kann das Ortungssystem erkennen, dass die Hand mit dem Werkstück in die Nähe kam. Zum anderen kann ein übergeordnetes System (z. B. das MES) die Werkstücksammelstelleneinheit und die Handposition verknüpfen.
In Fig. 8 sind beispielhaft Verfahrensschritte einer industriellen Fertigung eines Endprodukts gezeigt, die mit einem hierin offenbarten Fertigungssteuerungssystem, insbesondere dem MES 3 durchgeführt werden kann. In einem ersten Schritt 80 erfolgt die Entgegennahme eines Fertigungsauftrags (mit einem Bearbeitungsplan 37) zur Fertigung eines Endprodukts aus einem Werkstück 23 mit dem MES 3, das z. B. in einer Datenverarbeitungsvorrichtung 30A implementiert ist. In einem folgenden Schritt 81 erfolgt die Auswahl einzelner Bearbeitungsschritte mittels des MES 3. In einem weiteren Schritt 82 erfolgt die Auswahl einer Reihenfolge vom MES 3 (oder einem Bediener), in der die Bearbeitungsschritte durchgeführt werden sollen. Die Bearbeitungsschritte können dabei einzelne oder mehrere der folgenden Vorgänge sein: Schneiden, insbesondere Laserschneiden, Stanzen, Biegen, Bohren, Gewindeschneiden, Schleifen, Zusammenfügen, Schweißen, Nieten, Schrauben, Pressen, Behandeln der Kanten und Oberflächen.
In einem weiteren Schritt 83 erfolgt die datentechnische Zuordnung jedes der Bearbeitungsschritte zu einer Maschine 7 oder einem Arbeitsplatzeinheit. Die Arbeitsplatzeinheit kann ein wie oben beschriebener Arbeitsplatz 26, insbesondere ein Handarbeitsplatz sein. In einem weiteren Schritt 84 erfolgt die datentechnische Zuordnung des Fertigungsauftrags zu einem Mobileinheitsdatensatz 39, der in der MES 3 für eine Mobileinheit abgelegt ist. Dieser Schritt 84 kann dem in Fig. 7 gezeigten Schritt 51A entsprechen. Schritt 84 kann insbesondere auch schon früher, z. B. nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte, erfolgen.
In einem weiteren Schritt 85 erfolgt die Fertigung eines Werkstücks 23, das zumindest teilweise ein Teil des Endprodukts ist, insbesondere nach einem ersten der Bearbeitungsschritte an der diesem Bearbeitungsschritt zugewiesenen Maschine 7 oder Arbeitsplatzeinheit. Z. B. wird hier ein Teil des Fertigungsauftrags aus einem Blech geschnitten. Da als nachfolgender Bearbeitungsschritt auch noch ein Fräsen oder Stanzen notwendig sein kann, kann dieses
Werkstück 23 noch mehr Material als das Endprodukt, also nur teilweise das Endprodukt bilden bzw. ein Teil von diesem sein.
In einem weiteren Schritt 86 erfolgt die räumliche Zuordnung der dem Fertigungsauftrag zu- geordneten Mobileinheit 15 zu dem gefertigten Werkstück 23. Dieser Schritt 86 kann dem in Fig. 7 gezeigtem Schritt 51B entsprechen. In einem weiteren Schritt 87 erfolgt das Speichern einer Änderung des Status des Fertigungsauftrags in dem MES 3. In einem optionalen Schritt 88 erfolgt das Speichern der Position der Mobileinheit 15 zu dem Fertigungsauftrag.
In einem weiteren Schritt 89 erfolgt der Transport des Werkstücks 23 zusammen mit der Mo- bileinheit 15 gemäß dem Fertigungsauftrag zu der nächsten Maschine 7 oder der nächsten Arbeitsplatzeinheit in der vorbestimmten Reihenfolge. Dies kann in Folge einer Anweisung des MES 3 durch eine Person oder durch einen automatisierten Transportprozess erfolgen.
In einem weiteren Schritt 90 wird dieser Bearbeitungsschritt an der ihm zugewiesenen Ma- schine 7 oder Arbeitsplatzeinheit durchgeführt.
In einem optionalen Schritt 91 erfolgt das Speichern der Position der Mobileinheit 15 für diesen Fertigungsschritt im Fertigungsauftrag. In einem weiteren Schritt 92 erfolgt das erneute Speichern einer Änderung des Status des Fertigungsauftrags im MES 3.
In einem weiteren Schritt 93 wird entschieden, ob mit dem Verfahrensschritt 89, d.h., einem Transport zu einem weiteren Bearbeitungsschritt, fortgefahren werden soll oder ob die Ferti- gung beendet ist.
Während dieser Fertigungsschritte ist stets eine Ortung der Mobileinheit 15 mittels des Ortungssystems 5 auf Basis von elektromagnetischen Signalen gesteuert durch das MES 3 möglich. Damit kann das MES 3 zu jeder Zeit über Daten wie dem aktuellen Status und dem aktu- eilen Ort des Werkstücks 23 verfügen. MES 3, Mobileinheit 15 und Ortungssystem 5 können insbesondere wie zuvor beschrieben ausgebildet sein.
Alle zuvor beschriebenen Verfahrensschritte, die von einer Fertigungssteuerung, einem Ferti- gungssteuerungssystem, einem Ortungssystem oder vom MES 3 ausgeführt werden, können auch mittels einer oder mehrerer Datenverarbeitungsvorrichtungen, die Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweisen, realisiert sein.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba- rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbeitungsplans (37) zu einem Mobileinheitsda- tensatz (39) einer Mobileinheit (15) eines Innenraum-Ortungssystems (5) einer Fertigungshal- le, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken (23), insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Fertigungssteuerungssystems (1) für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken (23) mit einer Werkzeugmaschine (7) gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen (37), in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werk- stück, die Bearbeitungsparameter und Werkstückparameter umfasst, abgelegt ist,
Bereitstellen (Schritt 59A) einer Mobileinheit (15) mit einer Bilderfassungseinheit (20) zum Aufnehmen von Bilddaten, wobei der zur Mobileinheit (15) gehörende Mobileinheitsda- tensatz (39) und mit dem Innenraum-Ortungssystem (5) erfassten Positionsdaten der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem (1) abgelegt sind,
Aufnehmen (Schritt 59B) von Bilddaten eines bearbeitungsplanspezifischen Gegenstands zum Identifizieren (Schritt 59C) des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) mit dem Fertigungssteuerungssystem (1) und
Zuordnen (Schritt 59D) des identifizierten Bearbeitungsplans (37) zu dem Mobilein- heitsdatensatz (39) der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem (1).
2. Verfahren für eine Zuordnung eines Bearbeitungsplans zu einem Mobileinheitsdaten- satz (39) einer Mobileinheit (15) eines Innenraum-Ortungssystems (5) einer Fertigungshalle, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken (23), insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Fertigungssteuerungssystems (1) für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken (23) mit einer Werkzeugmaschine (7) gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen (37), in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werkstück, die Bearbeitungsparameter und Werkstückparameter umfasst, abgelegt ist,
Bereitstellen einer Bilderfassungseinheit zum Aufnehmen von Bilddaten,
Aufnehmen von Bilddaten eines bearbeitungsplanspezifischen Gegenstands mit der
Bilderfassungseinheit zum Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) mit dem Fertigungssteuerungssystem (1), Bereitstellen einer Mobileinheit (15), wobei der zur Mobileinheit (15) gehörende Mo- bileinheitsdatensatz (39) und mit dem Innenraum-Ortungssystem (5) erfassten Positionsdaten der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem abgelegt werden, und
Zuordnen des identifizierten Bearbeitungsplans (37) zu dem Mobileinheitsdatensatz (39) in dem Fertigungssteuerungssystem ( 1 ) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der bearbeitungsplanspezifische Gegenstand ein Auftragspapier des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) oder ein Code, der den Bearbeitungsplan (37) identifiziert, ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bearbeitungsplanspezifische Gegenstand ein Werkstück (23) ist, das vom Bearbeitungsplan (37) betroffen ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) in dem Fertigungssteuerungssystem (1) ein Abgleich von Geometriedaten des mit der Bilderfassungseinheit aufgenommenen Werkstücks (23) mit in den werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen (37) als Werkstückparameter abgelegten Geometriedatensatzes (37A), insbesondere Soll-Geometriedaten, von zu bearbeitenden Werkstücken erfolgt, und
wobei basierend auf dem Ergebnis des Abgleichs der identifizierte Bearbeitungsplan (37) automatisiert dem Mobileinheitsdatensatz (39) zugeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Identifizieren des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) mit dem Fertigungssteuerungssystem (1) ein Abgleich der Geometriedaten des mit der Bilderfassungseinheit aufgenommenen Werkstücks (23) mit in den werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen (37) als Werkstückparameter abgelegten Geometriedatensätzen (37A), insbesondere Soll-Geometriedaten, von Werkstücken (23) erfolgt, und
wobei sich aus dem Abgleich eine Gruppe von Bearbeitungsplänen (37) ergibt, die einem Be- diener (31) zur Auswahl des zuzuordnenden Bearbeitungsplans (37) dargestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit
räumliches Zuordnen eines dem zugeordneten Bearbeitungsplan zugehörigen Werkstücks (23) zu der Mobileinheit (15).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fertigungssteue- rungssystem (1) dazu ausgebildet ist, der Mobileinheit (15) einen Werkstückparameter bereitzustellen, der zum Ausgeben von Information über das Werkstück (23), das der Mobileinheit (15) zugeordnet ist, vorgesehen ist, um eine manuelle Durchführung der räumlichen Zuordnung zu unterstützen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fertigungssteue- rungssystem (1) dazu ausgebildet ist, die Mobileinheit (15) derart anzusteuern, mindestens ein Bearbeitungsparameter und/oder Werkstückparameter auf einer Anzeigeneinheit (17) darzustellen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für das Bereitstellen der Mobileinheit (15) ferner Bilddaten der Mobileinheit (15), insbesondere von auf einer Anzei- geneinheit (17) der Mobileinheit (15) dargestellter Information, mit der Bilderfassungseinheit aufgenommen werden, mit denen der zugehörende Mobileinheitsdatensatz (39) bestimmbar ist.
11. Fertigungssteuerungssy stem (1) zur Steuerung von Fertigungsprozessen in einer Ferti- gungshalle bei der industriellen Fertigung von Werkstücken (23), insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, in einer Fertigungshalle, mit
einem Innenraum-Ortungssystem (5) zur Unterstützung der Fertigungssteuerung der Fertigungsprozessen mit mehreren fest in der Fertigungshalle installierten Sende- Empfangseinheiten (13), mindestens einer Mobileinheit (15) und einer Analyseeinheit (1 1), wobei die Sende-Empfangseinheiten (13) und die mindestens eine Mobileinheit (15) zum
Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind und die Analyseeinheit (11) ausgebildet ist zum Bestimmen von Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen den Sende-Empfangseinheiten (13) und der mindestens einen Mobileinheit (15) und zum Bestimmen der Position der mindestens einen Mobileinheit (15) in der Fertigungs- halle aus den Laufzeiten der elektromagnetischen Signale und wobei das Innenraum- Ortungssystem (5) zum Austausch und Bereitstellen von Daten zur Position von mindestens einer Mobileinheit (15) in der Fertigungshalle als Teil des Fertigungssteuerungssystems (1) ausgebildet ist, und das Fertigungssteuerungssystem (1) ferner dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
12. Verfahren zur industriellen Fertigung eines Endprodukts mittels eines Fertigungssteue- rungssystems (1), mit den Schritten:
- Entgegennehmen eines Fertigungsauftrags zur Fertigung des Endprodukts aus einem Werkstück mit einem in einer Datenverarbeitungsvorrichtung implementierten MES (3) des Fertigungssteuerungssystems (1),
Auswählen einzelner Bearbeitungsschritte mit dem MES (3),
- Bestimmen einer Reihenfolge der Bearbeitungsschritte mit dem MES (3), wobei die
Bearbeitungsschritte einzelne oder mehrere der folgenden Vorgänge umfassen:
Schneiden, insbesondere Laserschneiden, Stanzen, Biegen, Bohren, Gewindeschneiden, Schleifen, Zusammenfügen, Schweißen, Nieten, Schrauben, Pressen, Behandeln der Kanten und Oberflächen;
- Datentechnisches Zuordnen der Bearbeitungsschritte zu einer Maschine (7) oder einer
Arbeitsplatzeinheit (26),
- Datentechnisches Zuordnen des Fertigungsauftrags, insbesondere eines Bearbeitungsplans (37), zu einem Mobileinheitsdatensatz (39) in dem MES (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
- Fertigen eines Werkstücks (23) für das Endprodukt, wobei es insbesondere zu einem
Teil des Endprodukts nach einem ersten der Bearbeitungsschritte an der dem Bearbeitungsschritt zugewiesenen Maschine (7) oder Arbeitsplatzeinheit (26) bearbeitet wird, Räumliches Zuordnen der dem Fertigungsauftrag zugeordneten Mobileinheit (15) zu dem gefertigten Werkstück (23),
- Speichern einer Statusänderung des Fertigungsauftrags im MES (3),
Transport des gefertigten Werkstücks (23) zusammen mit der Mobileinheit (15) gemäß dem Fertigungsauftrag zu der nächsten Maschine (7) oder Arbeitsplatzeinheit (26) in der vorbestimmten Reihenfolge,
Durchführen des Bearbeitungsschritts an dieser Maschine (7) oder Arbeitsplatzeinheit (26),
Speichern einer Statusänderung des Fertigungsauftrags im MES (3) und
- Durchführen der Bearbeitungsschritte des Fertigungsauftrags mit dem MES (3), wobei die Position der Mobileinheit (15) mit dem Ortungssystems (5) auf Basis von elektromagnetischen Signalen jederzeit durch das MES (3) bestimmbar ist und das MES (3) zu jeder Zeit über Daten zum aktuellen Status und zur aktuellen Position des Werkstücks (23) verfügt.
13. Verwendung eines Fertigungssteuerungssystems (1) für die industrielle Bearbeitung von Werkstücken (23) mit einer Werkzeugmaschine (7) gemäß werkstückspezifischen Bearbeitungsplänen (37), in denen jeweils Auftragsinformation für ein zu bearbeitendes Werkstück, die Bearbeitungsparameter und Werkstückparameter umfasst, abgelegt ist, zur
- Zuordnung des Bearbeitungsplans (37) zu einem Mobileinheitsdatensatz (39) einer Mobileinheit (15) eines Innenraum-Ortungssystems (5) einer Fertigungshalle, welches bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken (23), insbesondere in der Stahl- und/oder Blechverarbeitung, eingesetzt wird,
- Nutzung einer Bilderfassungseinheit zum Aufnehmen von Bilddaten eines bearbei- tungsplanspezifischen Gegenstands zum Identifizieren (Schritt 59C) des zuzuordnenden Bear- beitungsplans (37), wobei der zur Mobileinheit (15) gehörende Mobileinheitsdatensatz (39) und mit dem Innenraum-Ortungssystem (5) erfassten Positionsdaten der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem (1) abgelegt sind, und
Zuordnung des identifizierten Bearbeitungsplans (37) zu dem Mobileinheitsdatensatz (39) der Mobileinheit (15) in dem Fertigungssteuerungssystem (1).
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